DE102011088874B4 - Apparatus and method for ion mobility spectrometry - Google Patents

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Abstract

Ionenmobilitätsspektrometer zum Trennen von Ionen gemäß ihrer Ionenmobilität, umfassend ein gerades Driftrohr (4), welches darin einen Driftraum (22) und zumindest eine spiralige Leitelektrode (70) aufweist, wobei der Driftraum (22) zumindest zwei Ionentrennwege unterschiedlicher Längen aufweist, wobei die zumindest zwei Ionentrennwege einen ersten Ionentrennweg, der gerade ist, und einen zweiten Ionentrennweg, der spiralig ist, umfassen, und wobei an die zumindest eine spiralige Leitelektrode (70) eine schaltbare Spannung zum Ein- oder Ausschalten einer Leitpotentialbarriere anlegbar ist, so dass die Ionen bei ausgeschalteter Leitpotentialbarriere dem geraden Ionentrennweg und bei eingeschalteter Leitpotentialbarriere dem spiraligen Ionentrennweg folgen.An ion mobility spectrometer for separating ions according to their ion mobility, comprising a straight drift tube (4) having therein a drift space (22) and at least one spiral guide electrode (70), the drift space (22) having at least two ion separation paths of different lengths, the at least two Ionentrennwege a first Ionentrennweg, which is straight, and a second Ionentrennweg that is spiral, and wherein the at least one spiral guide electrode (70) a switchable voltage for turning on or off of a Leitpotentialbarriere can be applied, so that the ions at turned off Leitpotentialbarriere the straight Ionentrennweg and followed by Leitpotentialbarriere the spiral Ionentrennweg.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Diese Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren zur Ionenmobilitätsspektrometrie (IMS), einschließlich Ionenmobilitätsspektrometern. Die Vorrichtungen und Verfahren können zur Verwendung in Kombination mit Massenspektrometrie (MS) geeignet sein, z. B. in Hybrid-IMS/MS-Instrumenten.This invention relates to ion mobility spectrometry (IMS) devices and methods, including ion mobility spectrometers. The devices and methods may be suitable for use in combination with mass spectrometry (MS), e.g. In hybrid IMS / MS instruments.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Bekannte Ionenmobilitätsspektrometer umfassen typischerweise ein Driftrohr, worin Ionen dazu gebracht werden, unter dem Einfluss eines konstanten angelegten elektrischen Felds zu driften. Es sind verschiedene Konstruktionen des Driftrohrs vorgeschlagen worden. Das Driftrohr kann zum Beispiel eine Serie von Ringelektroden aufweisen, die entlang der Länge des Spektrometers mit axialem Abstand voneinander angeordnet sind, worin eine konstante Potentialdifferenz zwischen benachbarten Ringelektroden eingehalten wird, so dass in der axialen Richtung ein konstantes elektrisches Feld erzeugt wird. In das Driftrohr, das ein Puffergas enthält, wird ein Ionenpuls eingeführt, und wenn die Ionen unter dem Einfluss des konstanten elektrischen Felds durch das Rohr laufen, erlangen sie eine konstante Driftgeschwindigkeit und trennen sich in der axialen Richtung gemäß ihrer Ionenmobilität. Das Puffergas ist häufig so eingerichtet, dass es in der zur Ionenlaufrichtung entgegengesetzten Richtung strömt.Known ion mobility spectrometers typically include a drift tube in which ions are caused to drift under the influence of a constant applied electric field. Various designs of the drift tube have been proposed. For example, the drift tube may comprise a series of ring electrodes spaced along the length of the spectrometer, wherein a constant potential difference is maintained between adjacent ring electrodes to produce a constant electric field in the axial direction. An ion pulse is introduced into the drift tube containing a buffer gas, and when the ions pass through the tube under the influence of the constant electric field, they acquire a constant drift velocity and separate in the axial direction according to their ion mobility. The buffer gas is often arranged to flow in the direction opposite to the ion travel direction.

Ein Ionenmobilitätsspektrometer kann für sich allein als Mittel zur Ionentrennung betrieben werden, oder kann in sogenannten Hybrid-IMS-Instrumenten in Kombination mit anderen Ionentrennvorrichtungen verwendet werden. Beispiele von Hybrid-IMS-Instrumenten enthalten jene basierend auf Flüssigkeitschromatografie IMS (LC-IMS), Gaschromatografie IMS (GC-IMS) und IMS-Massenspektrometrie (IMS-MS). Der letztere Instrumententyp ist ein leistungsfähiges analytisches Werkzeug, das Massenspektrometrie zur weiteren Trennung und/oder Identifikation von Peaks in einem Ionenmobilitätsspektrum verwendet. Es können mehr als zwei Trenntechniken kombiniert werden, z. B. GC-IMS-MS.An ion mobility spectrometer may operate on its own as a means of ion separation, or may be used in so-called hybrid IMS instruments in combination with other ion separators. Examples of hybrid IMS instruments include those based on liquid chromatography IMS (LC-IMS), gas chromatography IMS (GC-IMS), and IMS mass spectrometry (IMS-MS). The latter type of instrument is a powerful analytical tool that uses mass spectrometry to further separate and / or identify peaks in an ion mobility spectrum. More than two separation techniques can be combined, e.g. Eg GC-IMS-MS.

Ionenmobilitätsspektrometer können bei Atmosphärendruck betreibbar sein (s. z. B. US 5162649 A ), und sie können eine Auflösung bis zu 150 bieten (s. z. B. Wu et al., Anal. Chem. 1998, 70, 4929–4938). Jedoch könnte der Betrieb bei niedrigeren Drücken für Hybrid-IMS-MS-Instrumente besser geeignet sein (s. z. B. US 5905258 A und WO 01/64320 A1 ), um die Trenngeschwindigkeit zu erhöhen und Ionenverluste zu reduzieren. Der Betrieb des Ionenmobilitätsspektrometers bei geringeren Drücken führt häufig zu größeren Diffusionsverlusten und geringerer Auflösung. Um dem Problem der Diffusionsverluste zu begegnen, könnte eine HF-Pseudopotentialsenke in dem Driftrohr angeordnet werden, um Ionen radial einzugrenzen, so dass es als Ionenleiter wirkt und dazu benutzt werden kann, Ionen effizient zu transportieren (s. z. B. US 6630662 B1 ).Ion mobility spectrometers may be operable at atmospheric pressure (see, eg. US 5162649 A ), and they can provide a resolution of up to 150 (see, for example, Wu et al., Anal. Chem. 1998, 70, 4929-4938). However, operation at lower pressures may be more suitable for hybrid IMS-MS instruments (see, eg. US 5905258 A and WO 01/64320 A1 ) to increase the separation speed and reduce ion losses. Operation of the ion mobility spectrometer at lower pressures often results in greater diffusion losses and lower resolution. To address the problem of diffusion losses, an RF pseudopotential well could be placed in the drift tube to radially confine ions so that it acts as an ion conductor and can be used to efficiently transport ions (see, eg, US Pat. US 6630662 B1 ).

In einer Modifikation eines Ionenmobilitätsspektrometers beschreibt US 6914241 B2 , wie Ionen gemäß ihrer Ionenmobilität durch fortschreitendes Anlegen von transienten Gleichspannungen entlang der Länge eines Ionenmobilitätsspektrometers oder eines HF-Ionenleiters, der eine Mehrzahl von mit axialem Abstand voneinander angeordneten Elektroden aufweist, getrennt werden können. Das Ionenmobilitätsspektrometer kann einen HF-Ionenleiter, wie etwa einen Multipol-Stabsatz oder einen gestapelten Ringsatz, aufweisen. Der Ionenleiter ist in der axialen Richtung segmentiert, so dass unabhängige Übergangsgleichspannungspotentiale an jedes Segment angelegt werden können. Die transienten Gleichspannungspotentiale werden einer HF-Spannung, welche dazu dient, die Ionen radial einzugrenzen, und/oder irgendeine konstante Offset-Gleichspannung überlagert. Die transienten Gleichspannungspotentiale erzeugen hierdurch eine sogenannte Wanderwelle, die sich entlang der Länge des Ionenleiters in der axialen Richtung bewegt und die Wirkung hat, Ionen entlang der Länge des Ionenmobilitätsspektrometers zu bewegen.In a modification of an ion mobility spectrometer describes US 6914241 B2 how ions can be separated according to their ion mobility by the progressive application of transient DC voltages along the length of an ion mobility spectrometer or RF ion guide having a plurality of axially spaced electrodes. The ion mobility spectrometer may include an RF ion guide, such as a multipole rod set or a stacked ring set. The ion conductor is segmented in the axial direction so that independent transition DC potentials can be applied to each segment. The transient DC potentials are superimposed on an RF voltage which serves to radially confine the ions and / or any constant DC offset voltage. The transient DC potentials thereby produce a so-called traveling wave that moves along the length of the ion conductor in the axial direction and has the effect of moving ions along the length of the ion mobility spectrometer.

In den obigen Typen der Ionenmobilitätsspektrometer werden Ionen entlang dem Ionenleiter getrieben, und die Ionen können entsprechend ihrer Ionenmobilität getrennt werden. Um jedoch eine hohe Auflösung oder Auflösungsleistung der Ionenmobilitätstrennung bei relativ niedrigen Drücken zu erlangen, muss ein relativ langes Driftrohr verwendet werden, um darin die sogenannte Niedrig-Feldgrenze einzuhalten, wie nachfolgend im Detail näher beschrieben wird.In the above types of ion mobility spectrometers, ions are driven along the ion guide and the ions can be separated according to their ion mobility. However, in order to obtain high resolution or resolution performance of ion mobility separation at relatively low pressures, a relatively long drift tube must be used to comply with the so-called low field limit, as described in more detail below.

Um Ionen entlang der axialen Richtung gemäß ihrer Ionenmobilität in einem HF-Ionenleiter zu trennen, könnte ein axiales elektrisches Gleichspannungsfeld erzeugt werden, das orthogonal zum radialen HF-Feld ist, zur radialen Eingrenzung. Wenn ein konstantes axiales elektrisches Feld E angelegt wird, um Ionen entlang und durch einen Gas enthaltenden Ionenleiter zu bewegen, dann erlangen die Ionen eine charakteristische Geschwindigkeit v gemäß: v = E·K (Gleichung 1) wobei K die Ionenmobilität ist.To separate ions along the axial direction according to their ion mobility in an RF ion guide, an axial DC electric field orthogonal to the RF radial field could be generated for radial confinement. When a constant axial electric field E is applied to ions along and move through a gas-containing ionic conductor, then the ions acquire a characteristic velocity v according to: v = E · K (Equation 1) where K is the ion mobility.

Um Ionenmobilitätstrennung in dem sogenannten Niedrigfeld-Regime einzuhalten, worin Ionen keine signifikante kinetische Energie von dem antreibenden Feld erhalten, sollte das Verhältnis von E (in V/m) zum Druck des Hintergrundgases P (in mbar) auf einem Wert kleiner als etwa 200 V/(m·mbar) gehalten werden. Gleichzeitig ist die Auflösungskraft, R, der Trennung gemäß der Ionenmobilität (FWHH) durch Diffusion begrenzt und kann angenähert geschätzt werden als:

Figure DE102011088874B4_0002
wobei z der Ladezustand der Ionen ist, L die Trennungslänge (m) ist, T die Temperatur (Grad Kelvin) des Hintergrundgases ist, e die Elementarladung (1,602·10–19 Coulomb) ist und k die Boltzmann-Konstante (1,38·10–23 J/K) ist. Genauere Berechnungen kann man zum Beispiel finden in G. E. Spangler, „Expanded Theory for the resolving power of a linear ion mobility spectrometer”, Int. J. Mass Spectrom. 220 (2002) 399–418. Da die Zunahme von E durch die Niedrigfeldbedingungen beschränkt ist und die Abnahme von T mit mühseligen kryogenen Techniken einhergeht, kann man ersehen, dass der einzige Weg zum Erlangen von höherem R ist, die Trennungslänge L zu vergrößern. Jedoch kann die Vergrößerung der Trennungslänge problematisch sein, da Platz typischerweise beschränkt ist.In order to comply with ion mobility separation in the so-called low field regime wherein ions do not receive significant kinetic energy from the driving field, the ratio of E (in V / m) to background gas pressure P (in mbar) should be less than about 200V / (m · mbar) are kept. At the same time, the dissolving power, R, of ion mobility separation (FWHH) is limited by diffusion and can be estimated approximately as:
Figure DE102011088874B4_0002
where z is the state of charge of the ions, L is the separation length (m), T is the temperature (degrees Kelvin) of the background gas, e is the elementary charge (1.602 · 10 -19 Coulomb) and k is the Boltzmann constant (1.38 x 10 -23 yr / K). More detailed calculations can be found, for example, in GE Spangler, "Expanded Theory for the Resolving Power of a Linear Ion Mobility Spectrometer", Int. J. Mass Spectrom. 220 (2002) 399-418. Since the increase of E is limited by the low field conditions and the decrease of T is associated with cumbersome cryogenic techniques, it can be seen that the only way to obtain higher R is to increase the separation length L. However, increasing the separation length can be problematic because space is typically limited.

Eine Lösung für das Problem der Vergrößerung der Trennungslänge, die im Stand der Technik von WO 2008/104771 A1 , GB 2447330 A und GB 2457556 A vorgeschlagen wurde, ist es, das Ionenmobilitäts-Driftrohr aufzuwickeln. Jedoch ist in diesem Fall die Konstruktion des Driftrohrs komplex und schließt den schnellen Transfer von Ionen durch das Spektrometer in dem Fall aus, dass keine Mobilitätstrennung erforderlich ist.A solution to the problem of increasing the separation length, which in the prior art of WO 2008/104771 A1 . GB 2447330 A and GB 2457556 A It is proposed to wind up the ion mobility drift tube. However, in this case, the construction of the drift tube is complex and precludes the rapid transfer of ions through the spectrometer in the event that mobility separation is not required.

Der Vollständigkeit halber sei ferner auf die DE 197 30 896 A1 und die GB 2 457 556 A verwiesen.For the sake of completeness, please also refer to DE 197 30 896 A1 and the GB 2 457 556 A directed.

Man kann daher sehen, dass es Bedarf zur Verbesserung von Ionenmobilitätsspektrometern gibt, insbesondere einen Bedarf zum Bereitstellen eines Ionenmobilitätsspektrometers mit einer vergrößerten Trennungslänge, und insbesondere einen Bedarf zum Bereitstellen eines Ionenmobilitätsspektrometers mit vergrößerter Trennungslänge, aber ohne komplexe Konstruktion. Im Hinblick auf den obigen Hintergrund ist die vorliegende Erfindung durchgeführt worden.It can therefore be seen that there is a need to improve ion mobility spectrometers, in particular a need to provide an ion mobility spectrometer with increased separation length, and more particularly a need to provide an ion mobility spectrometer with increased separation length but without complex construction. In view of the above background, the present invention has been accomplished.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Ionenmobilitätsspektrometer zum Trennen von Ionen gemäß ihrer Ionenmobilität nach Anspruch 1 angegeben.According to one aspect of the present invention, there is provided an ion mobility spectrometer for separating ions according to their ion mobility according to claim 1.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Trennen von Ionen gemäß ihrer Ionenmobilität nach Anspruch 17 angegeben.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of separating ions according to their ion mobility according to claim 17.

Bevorzugt sind die zumindest zwei Ionentrennwege Elektrisches-Feld-Erzeugungsmitteln benachbart, wobei die Elektrisches-Feld-Erzeugungsmittel zwischen Betriebszuständen umschaltbar sind, um in einem Zustand ein elektrisches Trennfeld vorzusehen, das im Wesentlichen mit einem ersten Weg einer ersten Länge ausgerichtet ist, und in einem anderen Zustand ein anderes elektrisches Trennfeld vorzusehen, das im Wesentlichen mit einem zweiten Weg einer zweiten Länge, die sich von der ersten Länge unterscheidet, ausgerichtet ist.Preferably, the at least two ion separation paths are adjacent to electric field generation means, wherein the electric field generation means are switchable between operating states to provide in one state an electric separation field substantially aligned with a first path of a first length and in one another state to provide a different electrical separation field, which is substantially aligned with a second path of a second length, which is different from the first length.

Erfindungsgemäß weist das Ionenmobilitätsspektrometer zum Trennen von Ionen gemäß ihrer Ionenmobilität ein gerades Driftrohr auf, das darin einen spiraligen Ionentrennweg aufweist.According to the invention, the ion mobility spectrometer for separating ions according to their ion mobility has a straight drift tube having therein a spiral ion separation path.

Gemäß Anspruch 1 und 17 umfassen die zumindest zwei Ionentrennwege mit unterschiedlichen Längen des Ionenmobilitätsspektrometers einen ersten Ionentrennweg, der gerade ist, und einen zweiten Ionentrennweg, der spiralig ist. Weiter bevorzugt ist der zweite Ionentrennweg länger als der erste Ionentrennweg. According to claims 1 and 17, the at least two ion separation paths with different lengths of the ion mobility spectrometer comprise a first ion separation path which is straight and a second ion separation path which is spiral. More preferably, the second ion separation path is longer than the first ion separation path.

Vorteilhaft befasst sich die vorliegende Erfindung mit dem Problem, wie man die Ionenmobilitätstrennungslänge innerhalb eines begrenzten Raums und mit einer einfachen Konstruktion vergrößert. Man kann ersehen, dass die Erfindung in bestimmten Ausführungen zumindest zwei Ionentrennwege (d. h. Ionentrajektorien) innerhalb eines Driftrohrs vorsieht, die einen Ionentrennweg enthalten, der ein spiraliger Ionentrennweg ist. Diese Konstruktion erlaubt verschiedene besondere Betriebsmodi. In einem Ionentrennweg, zum Beispiel dem gekrümmten oder spiraligen Weg, kann ein langer Trennweg mit hoher Auflösungsleistung der Ionenmobilität und geringer Geschwindigkeit vorgesehen sein. Der zumindest eine andere Weg ist gerade und ist ein kürzerer Trennweg mit geringerer Auflösungsleistung der Ionenmobilität und höherer Geschwindigkeit als der spiralige Weg. Die vorliegende Erfindung liefert somit ein Ionenmobilitätsspektrometer mit zumindest zwei Ionentrennwegen unterschiedlicher Länge, um hierdurch zumindest zwei unterschiedliche Auflösungsleistungen und zwei unterschiedliche Trennungsgeschwindigkeiten zu ermöglichen, insbesondere im Niedrigfeld-Regime für das axiale elektrische Feld. Die Erfindung sieht entsprechend ein Ionenmobilitätsspektrometer und ein Verfahren zur Ionenmobilitätsspektrometrie mit schaltbaren Geschwindigkeits- und/oder Auflösungsmodi vor. Das Driftrohr selbst ist gerade, nicht aufgewickelt und hat zumindest eine einfache Konstruktion im Vergleich zu schraubigen Driftrohren vom Stand der Technik.Advantageously, the present invention addresses the problem of how to increase the ion mobility separation length within a limited space and with a simple construction. It will be appreciated that the invention, in certain embodiments, provides at least two ion separation paths (i.e., ion trajectories) within a drift tube containing an ion separation path that is a spiral ion separation path. This construction allows various special operating modes. In an ion separation path, for example, the curved or spiral path, a long separation path with high ion mobility and low-speed dissolution performance may be provided. The at least one other path is straight and is a shorter separation path with lower ion mobility resolution and speed than the spiral path. The present invention thus provides an ion mobility spectrometer having at least two ion separation paths of different lengths, thereby enabling at least two different resolution powers and two different separation speeds, particularly in the low field regime for the axial electric field. The invention accordingly provides an ion mobility spectrometer and a method for ion mobility spectrometry with switchable speed and / or resolution modes. The drift tube itself is straight, unwound and at least has a simple construction compared to prior art screwdriving drift tubes.

Das Driftrohr ist ein gerades Driftrohr, und man kann vorteilhaft eine hohe Auflösungsleistung durch einen spiraligen Ionentrennweg innerhalb eines geraden Driftrohrs bekommen, worin das Driftrohr eine ähnliche Länge wie ein herkömmliches gerades Driftrohr hat, wobei die Länge des spiraligen Ionentrennwegs wesentlich länger ist als die Länge des Driftrohrs. Die Erfindung ermöglicht somit eine lange Trennungsweglänge, und daher kann in begrenztem Raum eine hohe Auflösung der Ionenmobilitätstrennung erzielt werden.The drift tube is a straight drift tube and it is advantageous to obtain a high dissolution performance through a spiral ion separation path within a straight drift tube wherein the drift tube has a similar length to a conventional straight drift tube, the length of the spiral ion separation path being substantially longer than the length of the drift tube drift tube. The invention thus enables a long separation path length, and therefore, in a limited space, a high resolution of ion mobility separation can be achieved.

In bestimmten bevorzugten Ausführungen sieht die vorliegende Erfindung das Filtern von Ionen gemäß der Ionenmobilität, und das Einkoppeln der gefilterten Ionen in eine weitere Ionentrenn- und/oder Identifikationsvorrichtung, bevorzugt ein Massenspektrometer, vor.In certain preferred embodiments, the present invention contemplates filtering ions according to ion mobility, and coupling the filtered ions into another ion separation and / or identification device, preferably a mass spectrometer.

Andere Vorteile der vorliegenden Erfindung umfassen die Möglichkeit des raschen Ionentransfers durch das Ionenmobilitätsspektrometer, wenn keine Mobilitätstrennung erforderlich ist. Dies könnte man in Kombination mit weiterer Mobilitätstrennung verwenden, zum Beispiel zum Hinzufügen von internen Kalibriermitteln für die mobilitätsgewählte Spezies.Other advantages of the present invention include the possibility of rapid ion transfer through the ion mobility spectrometer when mobility separation is not required. This could be used in combination with further mobility separation, for example, to add internal calibrants to the mobility-selected species.

Von dem Ionenmobilitätsspektrometer der vorliegenden Erfindung zu trennende Ionen werden typischerweise von einer Ionenquelle erzeugt, die nachfolgend beschrieben wird. Die erzeugten Ionen können in das Ionenmobilitätsspektrometer durch eine Injektionsvorrichtung injiziert werden, die zum Beispiel eine Ionenoptik aufweist, die zum Beispiel ein Injektionsmultipol aufweisen kann.Typically, ions to be separated by the ion mobility spectrometer of the present invention are generated by an ion source, which will be described below. The generated ions may be injected into the ion mobility spectrometer through an injection device having, for example, ion optics, which may include, for example, an injection multipole.

Das Ionenmobilitätsspektrometer kann eine Ionenspeichervorrichtung oder einen Ionenspeicherabschnitt aufweisen, in die oder in den die zu trennenden Ionen eingeführt werden können, zum Beispiel nach der Ionenquelle, wobei die Ionenspeichervorrichtung oder der Ionenspeicherabschnitt darin einen Ionenspeicherplatz hat. Die Ionenspeichervorrichtung oder der Ionenspeicherabschnitt kann bevorzugt eine Ionenfalle aufweisen. Die Ionenspeichervorrichtung oder der Ionenspeicherabschnitt dient bevorzugt für die steuerbare Speicherung der Ionen und das Freisetzen der Ionen in das Driftrohr des Ionenmobilitätsspektrometers zur Trennung, bevorzugt als Ionenpuls, d. h., es handelt sich bevorzugt um eine gepulste Ionenspeichervorrichtung oder einen gepulsten Ionenspeicherabschnitt. Die Ionenspeichervorrichtung oder der Ionenspeicherabschnitt ist bevorzugt konfiguriert, um einen axialen Feldgradienten in dem Ionenspeicherplatz vorzusehen, wenn zwischen dessen axialen Enden eine Spannungsdifferenz anliegt. Der axiale Feldgradient in dem Speicherplatz kann hierdurch Ionen in dem Speicherplatz in der axialen Richtung zu dem Driftrohr des Ionenmobilitätsspektrometers zur Trennung bewegen. Ionen können in der Speichervorrichtung oder dem Speicherabschnitt gespeichert werden, bis das Injizieren in das Driftrohr erforderlich ist. Somit erlaubt bevorzugt die Ionenspeichervorrichtung oder der Ionenspeicherabschnitt das steuer- oder regelbare Schleusen von Ionen in das Driftrohr, zum Beispiel mittels einer Einlasselektrode. Man kann aus den obigen bevorzugten Ausführungen ersehen, dass das Ionenmobilitätsspektrometer bevorzugt einen gepulsten Ioneninjektor aufweist, der zum Beispiel durch die beschriebene Ionenspeichervorrichtung vorgesehen werden kann, zum gepulsten Injizieren von Ionen in das Driftrohr.The ion mobility spectrometer may include an ion storage device or an ion storage section into or into which the ions to be separated may be introduced, for example, the ion source, wherein the ion storage device or the ion storage section has an ion storage site therein. The ion storage device or the ion storage section may preferably have an ion trap. The ion storage device or the ion storage section preferably serves for the controllable storage of the ions and the release of the ions into the drift tube of the ion mobility spectrometer for separation, preferably as an ion pulse, ie. that is, it is preferably a pulsed ion storage device or a pulsed ion storage section. The ion storage device or the ion storage portion is preferably configured to provide an axial field gradient in the ion storage space when a voltage difference is applied between the axial ends thereof. The axial field gradient in the storage space can thereby move ions in the storage location in the axial direction to the drift tube of the ion mobility spectrometer for separation. Ions may be stored in the storage device or storage section until injection into the drift tube is required. Thus, preferably, the ion storage device or the ion storage section allows the controllable sluice of ions into the drift tube, for example by means of an inlet electrode. It can be seen from the above preferred embodiments that the ion mobility spectrometer preferably comprises a pulsed ion injector, which may be provided, for example, by the described ion storage device, for pulsed injection of ions into the drift tube.

Das Ionenmobilitätsspektrometer umfasst ein Driftrohr, das darin Trennwege aufweist. Das Driftrohr definiert darin einen Driftraum, in dem die Ionen gemäß der Ionenmobilität getrennt werden können. Der Driftraum enthält bevorzugt ein Gas zur Ionenmobilitätstrennung. The ion mobility spectrometer comprises a drift tube having separation paths therein. The drift tube defines therein a drift space in which the ions can be separated according to ion mobility. The drift space preferably contains a gas for ion mobility separation.

Das Driftrohr enthält somit einen Driftraum, in dem die zumindest zwei Ionentrennwege vorgesehen sind. Der erste Ionentrennweg ist gerade, und läuft besonders bevorzugt im Wesentlichen in axialer Richtung durch den Driftraum. Der zweite Ionentrennweg ist gemäß den Ansprüchen 1 und 17 spiralig, wobei ganz besonders bevorzugt die Achse des spiraligen Wegs im Wesentlichen koaxial zur Längsachse des Driftrohrs ist. Die Längsachse liegt bevorzugt radial in der Mitte des Driftrohrs. Zur axialen Bewegung von Ionen wird bevorzugt in dem Driftrohr im Gebrauch ein axial elektrischer Feldgradient (ein axiales Gleichspannungsfeld) angelegt. Der axiale elektrische Feldgradient kann erzeugt werden zum Beispiel durch eine Gleichspannungsdifferenz, die zwischen den axialen Enden des Driftrohrs anliegt.The drift tube thus contains a drift space in which the at least two ion separation paths are provided. The first ion separation path is straight, and particularly preferably runs in the axial direction through the drift space. The second ionic separation path is spiraled according to claims 1 and 17, most preferably the axis of the spiraling path is substantially coaxial with the longitudinal axis of the drift tube. The longitudinal axis is preferably radially in the middle of the drift tube. For axial movement of ions, an axial electric field gradient (an axial DC field) is preferably applied in the drift tube in use. The axial electric field gradient may be generated, for example, by a DC voltage difference applied between the axial ends of the drift tube.

Das Driftrohr ist gerade. Es versteht sich, dass hierin „gerade” zumindest im Wesentlichen gerade bedeutet, und eine gewisse Abweichung von einer strikt geometrisch geraden Konfiguration hierdurch zulässig ist. Das Driftrohr umfasst besonders bevorzugt ein sich axial erstreckendes Außenrohr. Das Driftrohr umfasst bevorzugt eine sich axial erstreckende äußere Elektrodenbaugruppe, die darin den Driftraum definiert. Somit ist in bestimmten Ausführungen die Außenelektrode bevorzugt das Außenrohr. Das Außenrohr oder die Außenelektrode hat besonders bevorzugt die Form eines Zylinders. Die Außenelektrode weist ein Widerstandsmaterial auf, das zumindest an der Innenoberfläche ist. Besonders bevorzugt ist die Außenelektrode aus Widerstandsglas hergestellt. Im Gebrauch, wo die Außenelektrode ein Widerstandsmaterial ist, wird bevorzugt zwischen den axialen Enden der Außenelektrode eine Spannung angelegt, so dass in der axialen Richtung ein Spannungsgradient erzeugt wird, der hierdurch die Bewegung der Ionen vom axialen Eintrittsende des Driftrohrs zum axialen Austrittsende begünstigen kann, d. h., um die axiale Bewegung der Ionen zu begünstigen. In anderen Ausführungen kann alternativ oder zusätzlich zu der Außenelektrode, die einen axialen Spannungsgradienten vorsieht, ein axialer Spannungsgradient von der inneren Elektrode, zum Beispiel von der inneren Elektrode allein, vorgesehen werden. Das Bereitstellen eines axialen Spannungsgradienten durch die innere Elektrode wird nachfolgend detaillierter beschrieben.The drift tube is straight. It is understood that herein "straight" means at least substantially straight, and some deviation from a strictly geometrically straight configuration is thereby permitted. The drift tube particularly preferably comprises an axially extending outer tube. The drift tube preferably includes an axially extending outer electrode assembly that defines the drift space therein. Thus, in certain embodiments, the outer electrode is preferably the outer tube. The outer tube or the outer electrode particularly preferably has the shape of a cylinder. The outer electrode has a resistance material that is at least on the inner surface. Particularly preferably, the outer electrode is made of resistance glass. In use, where the outer electrode is a resistive material, it is preferred to apply a voltage between the axial ends of the outer electrode to create a voltage gradient in the axial direction that can thereby promote movement of the ions from the axial entrance end of the drift tube to the axial exit end. d. h., to favor the axial movement of the ions. In other embodiments, alternatively or in addition to the outer electrode, which provides an axial voltage gradient, an axial voltage gradient may be provided from the inner electrode, for example from the inner electrode alone. Providing an axial voltage gradient through the inner electrode will be described in more detail below.

Das Ionenmobilitätsspektrometer umfasst bevorzugt eine sich axial erstreckende innere Elektrodenbaugruppe, die innerhalb des Driftrohrs angeordnet ist. Bevorzugt umgibt die Außenelektrode oder das Außenrohr die innere Elektrodenbaugruppe ringförmig. Der Driftraum ist in diesen Ausführungen zwischen dem Außenrohr oder der Außen-Elektrode des Driftrohrs und der inneren Elektrodenbaugruppe angeordnet, d. h. ringförmig um die innere Elektrodenbaugruppe herum. Die innere Elektrodenbaugruppe ist bevorzugt innerhalb des Außenrohrs oder der Außenelektrode koaxial zum Außenrohr angeordnet. Die innere Elektrodenbaugruppe hat besonders bevorzugt eine zylindrische Form. Dementsprechend umfasst das Driftrohr ganz besonders bevorzugt zwei koaxiale Zylinder, worin der Driftraum zwischen dem koaxialen Zylinder angeordnet ist, wobei die Zylinder einen Außenzylinder als Außenelektrode und einen Innenzylinder als innere Elektrodenbaugruppe aufweisen. Der spiralige Ionentrennweg ist in diesen Ausführungen somit in dem Driftraum zwischen den koaxialen Zylindern angeordnet und dreht sich um den Innenzylinder herum.The ion mobility spectrometer preferably includes an axially extending internal electrode assembly disposed within the drift tube. Preferably, the outer electrode or the outer tube surrounds the inner electrode assembly in an annular manner. The drift space is arranged in these embodiments between the outer tube or the outer electrode of the drift tube and the inner electrode assembly, d. H. annularly around the inner electrode assembly. The inner electrode assembly is preferably disposed within the outer tube or the outer electrode coaxial with the outer tube. The inner electrode assembly particularly preferably has a cylindrical shape. Accordingly, the drift tube very particularly preferably comprises two coaxial cylinders, wherein the drift space is arranged between the coaxial cylinder, the cylinders having an outer cylinder as outer electrode and an inner cylinder as inner electrode assembly. The spiral Ionentrennweg is thus arranged in these embodiments in the drift space between the coaxial cylinders and rotates around the inner cylinder.

Im Gebrauch werden die Ionen axial durch den Driftraum in dem Driftrohr durch Mittel bewegt, die nachfolgend detaillierter beschrieben werden. Wenn sich die Ionen durch den Driftraum bewegen, werden sie gemäß der Ionenmobilität getrennt. Wenn die Ionen axial bewegt werden, werden die Ionen bevorzugt radial eingegrenzt. Bevorzugt werden im Gebrauch die Ionen mittels eines elektrischen HF-Felds radial eingegrenzt. Bevorzugt wird zur radialen Eingrenzung in dem Driftrohr im Gebrauch ferner ein radialer elektrischer Feldgradient (ein radiales Gleichspannungsfeld) angelegt, z. B. durch eine Gleichspannungsdifferenz, die zwischen der Außenelektrode des Driftrohrs und der inneren Elektrodenbaugruppe angelegt wird, wobei z. B. Ionen zur inneren Elektrodenbaugruppe hin durch eine Gleichspannungsdifferenz getrieben werden, die zwischen der Außenelektrode des Driftrohrs und der inneren Elektrodenbaugruppe angelegt wird. Für das radiale HF-Feld umfasst das Driftrohr bevorzugt eine oder mehrere HF-Elektroden zum radialen Eingrenzen der Ionen durch Anlegen des radialen HF-Felds. Die HF-Elektroden erzeugen eine HF-Barriere, die dem radialen Ausrichtungseffekt der Gleichspannungsdifferenz entgegenwirkt, die z. B. zwischen der Außenelektrode des Driftrohrs und der inneren Elektrodenbaugruppe angelegt wird. Die HF-Elektroden können in einigen Ausführungen eine Kombination von Gleichspannung und Hochfrequenz aufweisen, die daran angelegt werden, um sowohl den radialen Gleichspannungsfeldgradient als auch das radiale HF-Feld zu erzeugen. In einer bevorzugten Ausführung umfasst die innere Elektrodenbaugruppe bevorzugt HF-Elektroden, die mit Abstand ringförmig um die Mittelachse (d. h. die Längsachse) des Driftrohrs herum angeordnet sind, die sich axial erstrecken, bevorzugt parallel zur Längsachse, d. h. in der axialen Richtung. Die HF-Elektroden sind bevorzugt mit gleichem Abstand ringförmig um die Mitte (Längsachse) des Driftrohrs herum angeordnet. Z. B. können die HF-Elektroden ringförmig um die innere Elektrodenbaugruppe herum angeordnet sein (aber davon getrennt), d. h. mit den Ionentrennwegen, die radial außerhalb der HF-Elektroden angeordnet sind. Die HF-Elektroden, an die im Gebrauch zumindest eine HF-Spannung angelegt wird, erzeugen hierdurch eine HF-Barriere zum Verhindern, dass Ionen mit der inneren Elektrodenbaugruppe kollidieren, z. B. dort, wo die Spannungsdifferenz, die zwischen der Außenelektrode des Driftrohrs und der inneren Elektrodenbaugruppe angelegt wird, die Ionen zur inneren Elektrodenbaugruppe hin treibt. Zusätzlich oder alternativ können die HF-Elektroden mit gleichem Abstand ringförmig in der Nähe der Innenoberfläche der äußeren Elektrodenbaugruppe (aber davon getrennt) angeordnet sein, wodurch diese im Gebrauch bei angelegtem HF eine HF-Barriere erzeugen, um zu verhindern, dass Ionen mit der äußeren Elektrodenbaugruppe kollidieren, z. B. dort, wo die Spannungsdifferenz, die zwischen der Außenelektrode des Driftrohrs und der inneren Elektrodenbaugruppe angelegt wird, die Ionen zur äußeren Elektrodenbaugruppe hin treibt. Die HF-Elektroden können vorzugsweise Drähte aufweisen. Im Gebrauch sind benachbarte Paare der HF-Elektroden bevorzugt mit gegenphasigen HF-Spannungen versehen. Aus dem Vorstehenden wird ersichtlich, dass im Gebrauch Ionen in dem Driftrohr durch Anlegen eines radialen Gleichspannungsfelds in Kombination mit einem HF-Feld in dem Driftrohr radial eingegrenzt werden können, das mittels einer oder mehreren HF-Elektroden angelegt wird, die mit der inneren Elektrodenbaugruppe und/oder der äußeren Elektrodenbaugruppe gekoppelt sind.In use, the ions are moved axially through the drift space in the drift tube by means which will be described in more detail below. As the ions move through the drift space, they are separated according to ion mobility. When the ions are moved axially, the ions are preferably confined radially. In use, the ions are preferably confined radially by means of an electric RF field. In addition, for radial confinement in the drift tube in use, a radial electric field gradient (a radial DC field) is further applied, e.g. B. by a DC voltage difference, which is applied between the outer electrode of the drift tube and the inner electrode assembly, wherein z. For example, ions are driven toward the inner electrode assembly by a DC voltage difference applied between the outer electrode of the drift tube and the inner electrode assembly. For the radial RF field, the drift tube preferably comprises one or more RF electrodes for radially confining the ions by applying the RF radial field. The RF electrodes generate an RF barrier that counteracts the radial alignment effect of the DC voltage difference, which is e.g. B. between the outer electrode of the drift tube and the inner electrode assembly is applied. The RF electrodes, in some embodiments, may have a combination of DC and RF applied thereto to produce both the radial DC field gradient and the RF radial field. In a preferred embodiment, the inner electrode assembly preferably includes RF electrodes spaced annularly about the central axis (ie, the longitudinal axis) of the drift tube extending axially, preferably parallel to the longitudinal axis, ie, in the axial direction. The RF electrodes are preferably arranged at the same distance annularly around the center (longitudinal axis) of the drift tube around. For example, the HF Electrodes may be arranged annularly around the inner electrode assembly (but separated therefrom), ie with the ion separation paths, which are arranged radially outside the RF electrodes. The RF electrodes to which at least one RF voltage is applied in use thereby create an RF barrier to prevent ions from colliding with the internal electrode assembly, e.g. Where the voltage differential applied between the outer electrode of the drift tube and the inner electrode assembly drives the ions toward the inner electrode assembly. Additionally or alternatively, the RF electrodes can be equally spaced annularly adjacent to (but separated from) the inner surface of the outer electrode assembly, thereby creating an RF barrier in use when RF is applied to prevent ions from interfering with the outer Collide electrode assembly, z. Where the voltage differential applied between the outer electrode of the drift tube and the inner electrode assembly drives the ions toward the outer electrode assembly. The RF electrodes may preferably comprise wires. In use, adjacent pairs of the RF electrodes are preferably provided with antiphase RF voltages. From the foregoing, it will be appreciated that, in use, ions in the drift tube can be radially confined by applying a radial DC field in combination with an RF field in the drift tube applied by one or more RF electrodes connected to the inner electrode assembly and / or the outer electrode assembly are coupled.

In einer anderen bevorzugten Ausführung werden Ionen in dem Driftrohr durch Anlegen eines HF-Felds an die gesamte innere Elektrodenbaugruppe radial eingegrenzt, um hierdurch ein Quasipotential in dem Driftrohr zu erzeugen, wobei das HF-Feld mit der inneren Elektrodenbaugruppe mittels einer oder mehrerer HF-Elektroden, die innerhalb der inneren Elektrodenbaugruppe angeordnet sind, gekoppelt wird. Ähnlich könnte das HF-Feld mit der äußeren Elektrodenbaugruppe gekoppelt werden, wodurch ein Quasipotential in dem Driftrohr mittels einer HF-Elektrode oder RF-Elektroden erzeugt wird, die in der Nähe der äußeren Elektrodenbaugruppe angeordnet sind. Der gesamte kombinierte Effekt der oben beschriebenen radialen Feldeffekte ist derart, dass in dem Driftrohr ein radiales elektrisches Feld mit einem Potentialminimum bei einem Radius innerhalb des Driftraums vorliegt, wodurch eine radiale Eingrenzung zu dem Potentialminimum hin bereitgestellt wird.In another preferred embodiment, ions in the drift tube are radially confined by applying an RF field to the entire internal electrode assembly to thereby create a quasi potential in the drift tube, the RF field having the internal electrode assembly by means of one or more RF electrodes coupled within the internal electrode assembly. Similarly, the RF field could be coupled to the outer electrode assembly, thereby creating a quasi-potential in the drift tube by means of an RF electrode or RF electrodes located in proximity to the outer electrode assembly. The overall combined effect of the radial field effects described above is such that in the drift tube there is a radial electric field with a potential minimum at a radius within the drift space, thereby providing a radial confinement to the potential minimum.

Die schaltbaren Elektrisches-Feld-Erzeugungsmittel umfassen eine oder mehrere Elektroden, wie nachfolgend beschrieben wird.The switchable electric field generating means comprise one or more electrodes, as described below.

Das Ionenmobilitätsspektrometer umfasst im Gebrauch bevorzugt ein axiales elektrisches Feld, um die Ionen axial in dem Driftrohr anzutreiben, d. h. entlang der Längsachse des Driftrohrs. Zu diesem Zweck umfasst das Ionenmobilitätsspektrometer bevorzugt eine axiale Antriebselektrode, die bevorzugt eine Widerstandselektrode ist, um eine axiale Antriebskraft auf die Ionen auszuüben, d. h., um die Ionen axial in dem Driftrohr anzutreiben. Die axiale Antriebselektrode kann kontinuierlich oder segmentiert sein. Insbesondere wenn die axiale Antriebselektrode segmentiert ist, braucht sie keinen Widerstand zu haben, sondern kann aus leitfähigem Material hergestellt sein, mit gestuften Spannungen, die zwischen aufeinanderfolgenden Segmenten angelegt werden, um ein axiales elektrisches Feld herzustellen. Die axial antreibende Elektrode kann linear sein, oder ist besonders bevorzugt spiralig, wie nachfolgend detaillierter beschrieben wird, wobei sie sich in jedem Fall in der axialen Richtung erstreckt. In einigen Ausführungen kann die Außenelektrode des Driftrohrs, die einen Widerstand aufweisen kann, die axiale Antriebselektrode bilden, zumindest teilweise. Wo die axiale Antriebselektrode spiralig ist, erstreckt sie sich bevorzugt axial entlang dem Driftrohr, wobei die Achse der Helix, die sie bildet, im Wesentlichen koaxial zur Längsachse des Driftrohrs ist.The ion mobility spectrometer, in use, preferably includes an axial electric field to drive the ions axially in the drift tube, i. H. along the longitudinal axis of the drift tube. For this purpose, the ion mobility spectrometer preferably comprises an axial drive electrode, which is preferably a resistance electrode for exerting an axial drive force on the ions, i. to drive the ions axially in the drift tube. The axial drive electrode may be continuous or segmented. In particular, when the axial drive electrode is segmented, it need not have resistance, but may be made of conductive material with stepped voltages applied between successive segments to produce an axial electric field. The axially driving electrode may be linear, or more preferably spiral, as described in more detail below, in each case extending in the axial direction. In some embodiments, the outer electrode of the drift tube, which may have a resistance, forming the axial drive electrode, at least partially. Where the axial drive electrode is helical, it preferably extends axially along the drift tube, with the axis of the helix that forms it being substantially coaxial with the longitudinal axis of the drift tube.

Das Ionenmobilitätsspektrometer umfasst bevorzugt zumindest eine Leitelektrode zum Erzeugen einer Leitpotentialbarriere, um die Ionen entlang einem anderen Trennweg als einem geraden Weg zu lenken, um z. B. Ionen entlang einem spiraligen Weg zu lenken. Dementsprechend ist die Leitelektrode gemäß den Ansprüchen 1 und 17 eine spiralige Elektrode. Der durch die Leitelektrode erzeugte sprialige Weg ist länger als ein gerader Weg durch das Driftrohr und dementsprechend werden die Ionen, wenn sie dem durch die Leitelektrode erzeugten Weg folgen, mit höherer Auflösung getrennt als wenn sie einem geraden Weg durch das Driftrohr folgen würden. Die spiralige Leitelektrode erstreckt sich bevorzugt axial entlang dem Driftrohr, wobei besonders bevorzugt die Achse der Helix, die sie bildet, im Wesentlichen koaxial zur Längsachse des Driftrohrs ist. Die Leitelektrode kann kontinuierlich oder segmentiert sein. Die Leitelektrode dient gemäß den Ansprüchen 1 und 17 zum Anlegen einer schaltbaren Spannung daran, um hierdurch die Leitpotentialbarriere ein- oder ausschalten zu können. Dieses Merkmal ermöglicht vorteilhaft, dass zwei Trennungswege in dem Driftrohr bereitgestellt werden, z. B. ein Weg, bei dem die Leitpotentialbarriere ausgeschaltet ist (der gerade Weg), und ein Weg, wo die Leitpotentialbarriere eingeschaltet ist (der spiralige Weg). Wenn beide vorhanden sind, sind die spiralige axiale Antriebselektrode und die spiralige Leitelektrode zur Bildung einer Doppelhelix angeordnet, wobei bevorzugt die Achse der Doppelhelix im Wesentlichen koaxial zur Längsachse des Driftrohrs ist. In bestimmten bevorzugten Ausführungen ist die spiralige Leitelektrode um die innere Elektrodenbaugruppe herum gewickelt. Die Leitelektrode kann leitfähig oder mit Widerstand sein, bevorzugt mit Widerstand.The ion mobility spectrometer preferably comprises at least one guide electrode for generating a conduction potential barrier for directing the ions along a path other than a straight path, e.g. B. steer ions along a spiral path. Accordingly, the lead electrode according to claims 1 and 17 is a spiral electrode. The sparse path created by the baffle is longer than a straight path through the drift tube and, accordingly, as the ions follow the path created by the baffle, they are separated with higher resolution than if they followed a straight path through the drift tube. The spiral guide electrode preferably extends axially along the drift tube, with the axis of the helix that forms it being particularly preferably coaxial with the longitudinal axis of the drift tube. The guide electrode may be continuous or segmented. The guide electrode is used according to claims 1 and 17 for applying a switchable voltage thereto, in order to turn on or off the Leitpotentialbarriere can. This feature advantageously allows two separation paths to be provided in the drift tube, e.g. A path where the conductive potential barrier is off (the straight path), and a path where the conductive potential barrier is on (the spiral path). If both are present, the spiral axial drive electrode and the spiral guide electrode are arranged to form a double helix, and preferably the axis of the double helix is substantially coaxial with the longitudinal axis of the drift tube. In In certain preferred embodiments, the spiral guide electrode is wrapped around the inner electrode assembly. The conducting electrode may be conductive or with resistance, preferably with resistance.

Die innere Elektrodenbaugruppe umfasst ferner bevorzugt einen inneren Träger, insbesondere einen Zylinder, der sich besonders bevorzugt axial entlang der Länge des Driftrohrs erstreckt. Dieser innere Träger oder Zylinder ist bevorzugt aus dielektrischem Material hergestellt. Der innere Träger oder Zylinder trägt darin bevorzugt die axiale Antriebselektrode und/oder die Leitelektrode, wie oben und detaillierter unten beschrieben. Jedoch kann in bestimmten Ausführungen der Außenzylinder zusätzlich oder alternativ daran (z. B. an seiner Innenoberfläche) eine axiale Antriebselektrode und/oder eine Leitelektrode tragen, wie oben und detaillierter unten beschrieben.The inner electrode assembly further preferably comprises an inner support, in particular a cylinder, which particularly preferably extends axially along the length of the drift tube. This inner support or cylinder is preferably made of dielectric material. The inner support or cylinder preferably carries therein the axial drive electrode and / or the lead electrode as described above and in more detail below. However, in certain embodiments, the outer cylinder may additionally or alternatively bear thereon (eg, on its inner surface) an axial drive electrode and / or a lead electrode, as described above and in more detail below.

Bevorzugt, insbesondere zur Verwendung in hochauflösenden Trennmodi, umfasst das Spektrometer Elektroden für ein bogenförmiges Feld, die sich bevorzugt axial entlang dem Driftrohr erstrecken und um die Längsachse des Driftrohrs herum angeordnet sind, d. h. bogenförmig mit Abstand um die Längsachse herum. Die Elektroden für ein bogenförmiges Feld sind bevorzugt mit gleichem Abstand bogenförmig um die Längsachse herum angeordnet. Die Elektroden für ein bogenförmiges Feld können vorzugsweise in der Form von leitfähigen Streifen vorgesehen werden. Die Elektroden für ein bogenförmiges Feld können an der Innenoberfläche des Außenrohrs und der Außenelektrode des Driftrohrs oder an der Außenoberfläche der inneren Elektrodenbaugruppe vorgesehen sein. Die Elektroden für ein bogenförmiges Feld erstrecken sich bevorzugt parallel zueinander, besonders bevorzugt dann, wenn sie sich axial erstrecken. Im Gebrauch wird bevorzugt an jede Elektrode für ein bogenförmiges Feld unabhängig eine schaltbare Spannung angelegt, um hierdurch ein bogenfömiges elektrisches Feld zu erzeugen. Das bogenförmige Feld ist ein rotierendes und kein statisches Feld, welches man erhält, indem man fortschreitend die unabhängigen schaltbaren Spannungen an die Elektroden für ein bogenförmiges Feld anlegt, d. h. in der Form einer transienten Wellenform.Preferably, particularly for use in high resolution separation modes, the spectrometer includes arcuate field electrodes, which preferably extend axially along the drift tube and are disposed about the longitudinal axis of the drift tube, i. H. arcuately spaced around the longitudinal axis. The electrodes for an arcuate field are preferably arranged at the same distance arcuately around the longitudinal axis. The electrodes for an arcuate field may preferably be provided in the form of conductive strips. The arcuate field electrodes may be provided on the inner surface of the outer tube and the outer electrode of the drift tube or on the outer surface of the inner electrode assembly. The electrodes for an arcuate field preferably extend parallel to one another, particularly preferably when they extend axially. In use, preferably, a switchable voltage is independently applied to each electrode for an arcuate field to thereby produce a arcuate electric field. The arcuate field is a rotating and not a static field, which is obtained by progressively applying the independent switchable voltages to the electrodes for an arcuate field, i. H. in the form of a transient waveform.

Am Ausgang des Driftrohrs, d. h., nachdem die Ionen gemäß der Ionenmobilität getrennt worden sind, werden die getrennten Ionen von dem Driftrohr extrahiert, z. B. über eine Ausgangsgatterelektrode, um eine gepulste Extraktion zu erlauben. Nachdem die Ionen extrahiert sind, können sie zu einer oder mehreren weiteren Stufen der Ionenbearbeitung (z. B. Massenspektrometrie, wie etwa Massenfilterung, Ionenspeicher und/oder Massenanalyse, mit oder ohne Ionenfragmentierung) und/oder Detektion weiterlaufen. Zum Beispiel können verschiedene Hybridinstrumentkonfigurationen das Ionenmobilitätsspektrometer der vorliegenden Erfindung enthalten, wie etwa IMS/MS oder IMS/MS/MS oder IMS/(MS)n, wobei IMS eine Stufe der Ionenmobilitätsspektrometrie der vorliegenden Erfindung bezeichnet und MS eine Stufe der Massenspektrometrie.At the exit of the drift tube, ie after the ions have been separated according to ion mobility, the separated ions are extracted from the drift tube, e.g. Via an output gate electrode to allow pulsed extraction. After the ions are extracted, they may proceed to one or more further stages of ion processing (eg, mass spectrometry, such as mass filtering, ion storage, and / or mass analysis, with or without ion fragmentation) and / or detection. For example, various hybrid instrument configurations may include the ion mobility spectrometer of the present invention, such as IMS / MS or IMS / MS / MS or IMS / (MS) n , where IMS denotes a stage of ion mobility spectrometry of the present invention and MS a stage of mass spectrometry.

Das Ionenmobilitätsspektrometer der vorliegenden Erfindung kann in unterschiedlichen Modi betrieben werden.The ion mobility spectrometer of the present invention can be operated in different modes.

In einem Betriebsmodus, einem sogenannten Durchlassmodus, werden die Ionen durch das Driftrohr driften gelassen, indem sie von dem axialen Feld gezogen werden, aber ohne Ionenmobilitätstrennung. In anderen Worten, in diesem Durchlassmodus wirkt das Spektrometer somit als einfacher Ionenleiter.In an operating mode, called a pass-through mode, the ions are drifted through the drift tube by being pulled off the axial field, but without ion mobility separation. In other words, in this transmission mode, the spectrometer thus acts as a simple ion conductor.

In einem niedrigauflösenden Betriebsmodus zur Ionenmobilitätstrennung, der eine Auflösung der Ionenmobilitätstrennung ähnlich den existierenden Gradweg-Ionenmobilitätsspektrometern erzielen kann, wird das Spektrometer nach Art des Durchlassmodus betrieben, außer dass die Ionen bevorzugt als Puls in das Driftrohr injiziert werden und die Ionen nach Ionenmobilität getrennt werden, wenn sie durch das Driftrohr laufen. In diesem niedrigauflösenden Modus ist die Spannung der Leitelektrode abgeschaltet oder auf niedrig gestellt, so dass im Wesentlichen keine Potentialbarriere vorhanden ist, welche die axiale Bewegung der Ionen beeinflusst. Dementsprechend driften in diesem niedrigauflösenden Ionenmobilitätstrennmodus die Ionen axial im Wesentlichen geradeaus durch das Driftrohr.In a low resolution ion mobility separation mode of operation that can achieve resolution of ion mobility separation similar to existing grade-path ion mobility spectrometers, the spectrometer operates in pass-mode, except that the ions are preferentially injected as a pulse into the drift tube and ions are separated for ion mobility. when they walk through the drift tube. In this low-resolution mode, the voltage of the lead electrode is turned off or set low so that there is substantially no potential barrier affecting the axial movement of the ions. Accordingly, in this low resolution ion mobility separation mode, the ions axially drift substantially straight through the drift tube.

In einem hochauflösenden Betriebsmodus zur Ionenmobilitätstrennung verwendet der hochauflösende Modus die Leitelektrode, um einen Trennweg von längerer Weglänge zu bekommen, d. h. höhere Auflösungsleistung, gemäß den Ansprüchen 1 und 17 einen spiraligen Trennweg. In dem hochauflösenden Modus werden, wie beim niedrigauflösenden Modus, die Ionen bevorzugt als Puls in das Driftrohr injiziert, und die Ionen werden nach Ionenmobilität getrennt, wenn sie unter dem Einfluss des axialen elektrischen Feldgradienten durch das Driftrohr laufen. Die Spannung der Leitelektrode ist eingeschaltet, so dass eine elektrische Potentialbarriere vorhanden ist, welche die reine axiale Bewegung der Ionen begrenzt und die Ionen stattdessen der Potentialbarriere folgen müssen, die spiralig ist, basierend auf der spiraligen Leitelektrode. Der hochauflösende Modus wird bevorzugt mit einem rotierenden bogenförmigen elektrischen Feld betrieben, das in dem Driftrohr angelegt wird. Dementsprechend werden die Elektroden für ein bogenförmiges Feld bevorzugt in diesem Modus so betrieben, dass an diese fortschreitend Spannungen unabhängig angelegt werden, um ein rotierendes bogenförmiges elektrisches Feld zu erzeugen (d. h. ein Feld in der Bogen- bzw. Winkelrichtung), um Ionen innerhalb des bogenförmigen elektrischen Felds in der Bogenrichtung zu treiben. Das rotierende bogenförmige elektrische Feld ist bevorzugt so vorgesehen, dass es einen Sektor (d. h. in der Bogenrichtung) von weniger als 360°, z. B. 240°, überspannt. Dies kann man erreichen durch Anlegen von geeigneten Spannungen, bevorzugt im Wesentlichen der gleichen Spannung, an zwei von drei mit gleichem Bogenabstand angeordneten Elektroden für ein bogenförmiges Feld, bei einer anderen oder keinen Spannung an dem einen verbleibenden der Streifen. Die Rotationsgeschwindigkeit (d. h. in der Bogenrichtung) des rotierenden bogenförmigen Felds ist bevorzugt mit der Rotationsgeschwindigkeit von Ionen einer gewählten Ionenmobilität K synchronisiert, so dass das rotierende bogenförmige Feld und die Ionen der gewählten Ionenmobilität in Phase sind, so dass diese Ionen durch das Driftrohr entlang dem spiraligen Weg bewegt werden, wohingegen Ionen einer anderen Ionenmobilität außer Phase mit dem bogenförmigen Feld werden und demzufolge verlangsamt werden können oder im Spektrometer verlorengehen. Dieses rotierende elektrische Feld kann verwendet werden, um einen Filtereffekt zu bekommen, so dass nur Ionen einer gewählten Ionenmobilität durch das Spektrometer hindurchgelassen werden, während andere Ionen herausgefiltert werden. In dem hochauflösenden Filtermodus ist das elektrische Feld in dem Sektor außerhalb des rotierenden bogenförmigen Felds bevorzugt ein defokussierendes Feld, so dass Ionen in diesem verbleibenden Sektor an einer Wand des Driftrohrs verlorengehen. Das defokussierende Feld kann z. B. durch einen radialen Gleichspannungs-Feldgradienten erzeugt werden, der Ionen so ausrichtet, dass sie an einer Wand des Driftrohrs verlorengehen. Der hochauflösende Modus kann alternativ mit „Trapping” (Einfangen) betrieben werden, so dass Ionen, deren Rotationsgeschwindigkeit langsamer oder schneller, d. h. phasenverschoben, als das rotierende bogenförmige elektrische Feld ist, nichtsdestoweniger in dem Driftrohr gefangen bleiben. Die gefangenen Ionen können in dem Driftrohr gefangen bleiben, z. B. durch einen radialen Gleichspannungs-Feldgradienten in dem verbleibenden Sektor, der Ionen so führt, dass sie innerhalb des Driftrohrs verbleiben, z. B. bis die Rotationsgeschwindigkeit des bogenförmigen Felds geändert wird, in Anpassung an die Rotationsgeschwindigkeit der gefangenen Ionen, und daher die gefangenen Ionen durch das Driftrohr durchgelassen werden können.In a high resolution mode of operation for ion mobility separation, the high resolution mode uses the lead electrode to provide a longer pathway separation path, ie, higher resolution performance, according to claims 1 and 17, a spiral pathway. In the high resolution mode, as in the low resolution mode, the ions are preferentially injected as a pulse into the drift tube and the ions are separated for ion mobility as they travel through the drift tube under the influence of the axial electric field gradient. The voltage of the conductive electrode is turned on so that there is an electric potential barrier which limits the pure axial movement of the ions and instead the ions must follow the potential barrier which is spiral based on the spiral conductive electrode. The high resolution mode is preferably operated with a rotating arcuate electric field applied in the drift tube. Accordingly, the arcuate field electrodes are preferable in this Mode are operated so that voltages are applied to them progressively independent to generate a rotating arcuate electric field (ie, a field in the arc or angular direction) to drive ions within the arcuate electric field in the arc direction. The rotating arcuate electric field is preferably provided to have a sector (ie, in the arc direction) of less than 360 °, e.g. B. 240 °, spans. This can be achieved by applying suitable voltages, preferably substantially the same voltage, to two of three equally arc-spaced electrodes for an arcuate field, with another or no voltage on the one remaining of the strip. The rotational velocity (ie, in the arc direction) of the rotating arcuate field is preferably synchronized with the rotational velocity of ions of a selected ion mobility K such that the rotating arcuate field and the ions of the selected ion mobility are in phase so that these ions travel through the drift tube helical path, whereas ions of another ionic mobility become out of phase with the arcuate field and thus can be slowed or lost in the spectrometer. This rotating electric field can be used to provide a filtering effect so that only ions of a selected ion mobility are transmitted through the spectrometer while other ions are filtered out. In the high resolution filtering mode, the electric field in the sector outside the rotating arcuate field is preferably a defocusing field, so that ions in this remaining sector are lost on a wall of the drift tube. The defocusing field can z. B. are generated by a radial DC field gradient, which aligns ions so that they are lost to a wall of the drift tube. The high resolution mode may alternatively be operated with trapping, so that ions whose rotational speed is slower or faster, ie out of phase, than the rotating arcuate electric field, nevertheless remain trapped in the drift tube. The trapped ions can remain trapped in the drift tube, e.g. By a radial DC field gradient in the remaining sector which guides ions to remain within the drift tube, e.g. Until the rotational speed of the arcuate field is changed to match the rotational velocity of the trapped ions, and therefore the trapped ions can be transmitted through the drift tube.

Der Tastzyklus des Ionenmobilitätsspektrometers kann erhöht werden, indem man Ionen in das Ionenmobilitätsspektrometer mit der gleichen Phase nachfolgender Zyklen des rotierenden bogenförmigen Felds injiziert, besonders bevorzugt jedes nachfolgenden Zyklus des rotierenden bogenförmigen Felds.The duty cycle of the ion mobility spectrometer can be increased by injecting ions into the ion mobility spectrometer with the same phase of subsequent cycles of the rotating arcuate field, most preferably each subsequent cycle of the rotating arcuate field.

In einem Betriebsmodus kann ein Massenspektrometer dazu eingerichtet sein, Ionen, die aus dem Ionenmobilitätsspektrometer extrahiert wurden, mit gewählter Ionenmobilität zu detektieren, die einen oder eine begrenzte Anzahl von m/z Werten haben, so dass hierdurch das Instrument einen ionenspezifischen Detektor darstellt. In einem besonders typischen Betriebsmodus erhält man ein Massenspektrum durch ein Massenspektrometer für jeden einer Mehrzahl von engen Bereichen von Ionenmobilitäten, die von dem Ionenmobilitätsspektrometer durchgelassen werden (d. h. ein Massenspektrum erhält man für jeden Ionenmobilitätspeak, um hierdurch einen einzigen Ionenmobilitätspeak in dessen m/z-Komponenten aufzulösen). Ein zweidimensionales (2D) Mobilität/Massen-Diagramm kann man auf diese Weise erhalten. Eine andere bevorzugte Methode ist eine sogenannte gekoppelte Scanmethode, die die Selektion nur von Ionen eines bestimmten Typs oder von bestimmten Typen erlaubt, z. B. nur von Peptiden, was den Dynamikbereich der Analyse von komplexen Gemischen stark verbessern kann und die Analyse von analytisch nutzlosen Ionen vermeiden kann (z. B. einfach geladene und Polymer-Ionen im Falle von Peptidgemischen). In der gekoppelten Scanmethode wird ein Massenfilter, z. B. Quadrupolmassenfilter, der stromab des Ionenmobilitätsspektrometers angeordnet ist, gleichzeitig mit der Mobilitätsabtastung durch das Ionenmobilitätsspektrometer abgetastet, so dass nur Ionen des vorbestimmten Mobilität/Massen-Verhältnisses oder solche, die zu einer vorbestimmten Kurve auf einem Mobilität/Massen-Diagramm liegen, zur nachfolgenden Bearbeitung oder Detektion ausgewählt werden, z. B. Massenanalyse, mit oder ohne Zwischenfragmentierung der selektierten Ionen. Die selektierten Ionen mit vorbestimmtem Mobilität/Massen-Verhältnis oder solche, die auf einer vorbestimmten Kurve auf einem Mobilität/Massen-Diagramm liegen, werden auf diese Weise bevorzugt in einer Ionenfalle akkumuliert, bevor sie der nachfolgenden Massenanalyse unterzogen werden, z. B. durch einen FT-Massenanalysator, der die Schwingfrequenz misst, die durch ein Potential induziert wird, das sich harmonisch in einer Richtung verändert (z. B. einem OrbitrabTM-Massenanalysator) oder einem TOF-Massenanalysator. Die Raumladungskapazität der Ionenfalle kann vollständig genutzt werden, da nur interessierende Ionen selektiert und in der Falle akkumuliert werden. Bei einem solchen Betrieb kann ein hochauflösendes Massenspektrum, wenn man es etwa mit einem OrbitrabTM-Analysator erhält, erhalten werden, das nur interessierende Ionen enthält (z. B. zwei- oder dreifach geladene Ionen oder nur Glykopeptide etc.), und daher wird die Raumladungskapazität der Falle oder des Analysators vollständig ausgenutzt. Ein oder mehrere Scans können an unterschiedlichen Mobilität/Massen-Verhältnissen oder enthlang unterschiedlichen Kurven auf einem Mobiltät/Massen-Diagramm vorgenommen werden.In one mode of operation, a mass spectrometer may be configured to detect ions extracted from the ion mobility spectrometer with selected ion mobility having one or a limited number of m / z values, thereby rendering the instrument an ion specific detector. In a particularly typical mode of operation, a mass spectrum is obtained by a mass spectrometer for each of a plurality of narrow ranges of ion mobilities transmitted by the ion mobility spectrometer (ie, a mass spectrum is obtained for each ion mobility peak, thereby forming a single ion mobility peak in its m / z components dissolve). A two-dimensional (2D) mobility / mass diagram can be obtained in this way. Another preferred method is a so-called coupled scanning method that allows selection only of ions of a particular type or types, e.g. Peptides only, which can greatly enhance the dynamic range of analysis of complex mixtures and avoid the analysis of analytically useless ions (eg, singly charged and polymer ions in the case of peptide mixtures). In the coupled scanning method, a mass filter, for. For example, a quadrupole mass filter located downstream of the ion mobility spectrometer is scanned concurrently with the mobility scan by the ion mobility spectrometer, so that only ions of the predetermined mobility / mass ratio or those that are at a predetermined curve on a mobility / mass plot will follow Editing or detection are selected, for. B. mass analysis, with or without interfragmentation of the selected ions. The selected ions of predetermined mobility / mass ratio or those lying on a predetermined curve on a mobility / mass diagram are thus preferably accumulated in an ion trap before being subjected to the subsequent mass analysis, e.g. By an FT mass analyzer that measures the oscillation frequency induced by a potential that varies harmonically in one direction (eg, an Orbitrab mass analyzer) or a TOF mass analyzer. The space charge capacity of the ion trap can be fully utilized since only ions of interest are selected and accumulated in the trap. In such an operation, a high resolution mass spectrum can be obtained when obtained with, for example, an Orbitrab analyzer containing only ions of interest (eg, two- or three-charged ions or only glycopeptides, etc.), and therefore fully exploited the space charge capacity of the trap or analyzer. One or more scans may be made on different mobility / mass ratios or on different curves on a Mobility / Mass Diagram.

Es versteht sich, dass das Spektrometer der vorliegenden Erfindung für die Übertragung und Trennung von entweder positiv oder negativ geladenen Ionen geeignet sein kann. Die an die verschiedenen elektrischen Komponenten angelegten Spannungen brauchen lediglich in ihren Polaritäten umgekehrt werden, um Ionen der entgegengesetzten Poralität durchzulassen und zu trennen. It is understood that the spectrometer of the present invention may be suitable for the transfer and separation of either positively or negatively charged ions. The voltages applied to the various electrical components need only be reversed in their polarities to pass and separate ions of opposite porosity.

Es versteht sich, dass weitere Modifikationen an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, die Merkmale von Ionenmobilitätsspektrometern der herkömmlichen Technik enthalten. Zum Beispiel wird gemäß bestimmten Ausführungen der vorliegenden Erfindung ein bogenförmiges Feld angewendet, das sich dreht, d. h. als sogenannte Wanderwelle angewendet wird. Das Merkmal des Anlegens eines axialen Feldgradienten als Wanderwelle zur weiteren Filterung der Ionen gemäß ihrer Ionenmobilität, wie im Stand der Technik (z. B. US 6914241 B2 ) beschrieben, kann ebenfalls verwendet werden. Zu diesem Zweck hat der axiale Feldgradient oder die axiale Antriebselektrode bevorzugt eine segmentierte Form, so dass Potentiale fortschreitend an aufeinanderfolgende Segmente angelegt werden können, um hierdurch einen axialen Wanderwellen-Feldgradienten zu erzeugen.It is understood that further modifications can be made to the present invention incorporating features of ion mobility spectrometers of the prior art. For example, according to certain embodiments of the present invention, an arcuate field is used that rotates, ie, is applied as a so-called traveling wave. The feature of applying an axial field gradient as a traveling wave for further filtering the ions according to their ion mobility, as in the prior art (eg. US 6914241 B2 ) can also be used. For this purpose, the axial field gradient or the axial drive electrode preferably has a segmented shape so that potentials can be applied progressively to successive segments, thereby creating an axial traveling wave field gradient.

Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention

Um die Erfindung besser zu verstehen, wird diese nun beispielshalber in Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben, worin:To better understand the invention, it will now be described, by way of example, with reference to the accompanying drawings, in which:

1 zeigt schematisch eine Seitenansicht, teilweise im Querschnitt, einer Ausführung eines Ionenmobilitätsspektrometers gemäß der vorliegenden Erfindung, entlang der Linie B-B in 2; 1 Fig. 2 shows schematically a side view, partly in cross-section, of an embodiment of an ion mobility spectrometer according to the present invention, taken along the line BB in Fig. 1 2 ;

2 zeigt schematisch eine Querschnittsansicht der in 1 gezeigten Ausführung entlang der Linie A-A; 2 schematically shows a cross-sectional view of in 1 shown embodiment along the line AA;

3 zeigt ein Gleichspannungsprofil in der axialen (z) Richtung innerhalb des Ionenspektrometers in einer Ausführung des Betriebs; 3 shows a DC profile in the axial (z) direction within the ion spectrometer in one embodiment of the operation;

4 zeigt das Gleichspannungsprofil in der Bogen- bzw. Winkel(φ)-Richtung innerhalb des Ionenmobilitätsspektrometers in einer Ausführung des Betriebs; 4 shows the DC profile in the arc or angle (φ) direction within the ion mobility spectrometer in one embodiment of the operation;

5 zeigt Potentialprofile in der radialen (r) Richtung für einen Sektor in Phase mit einem angelegten bogenförmigen elektrischen Feld in einer hochauflösenden Filterungsausführung; 5 shows potential profiles in the radial direction for a sector in phase with an applied arcuate electric field in a high resolution filtering embodiment;

6 zeigt Potentialprofile in der radialen (r) Richtung für einen Sektor außer Phase mit einem angelegten bogenförmigen elektrischen Feld in einer hochauflösenden Filterungsausführung; 6 shows potential profiles in the radial direction for a sector out of phase with an applied arcuate electric field in a high resolution filtering embodiment;

7 zeigt schematisch eine Ausführung eines Hybrid IMS/MS/MS Instrument, das ein Ionenmobilitätsspektrometer gemäß der vorliegenden Erfindung enthält; 7 schematically shows an embodiment of a hybrid IMS / MS / MS instrument incorporating an ion mobility spectrometer according to the present invention;

8 zeigt ein zweidimensionales (2D) Mobilität/Massen-Diagramm, das mittels einer Ausführung der vorliegenden Erfindung erhalten werden kann; 8th shows a two-dimensional (2D) mobility / mass diagram that can be obtained by means of an embodiment of the present invention;

9 zeigt eine gekoppelte Scanmethode, die mittels einer Ausführung der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden kann, wodurch Ionen eines gesetzten Mobilität/Massen-Verhältnisses gescannt werden; 9 shows a coupled scanning method that can be performed by one embodiment of the present invention, thereby scanning ions of a set mobility / mass ratio;

10 zeigt eine ähnliche Ansicht zu 1 einer weiteren Ausführung gemäß der vorliegenden Erfindung; und 10 shows a similar view 1 another embodiment according to the present invention; and

11 zeigt schematisch eine Seitenansicht im Querschnitt einer anderen Ausführung eines Ionenmobilitätsspektrometers gemäß der vorliegenden Erfindung. 11 Fig. 12 schematically shows a cross-sectional side view of another embodiment of an ion mobility spectrometer according to the present invention.

In den 1 und 2 sind schematisch, und daher nicht maßstabsgetreu, eine teilgeschnittene Seitenansicht und eine Querschnittsansicht eines Ionenmobilitätsspektrometers 2 nach der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die 1 und 2 zeigen die Richtungen der Polarkoordinaten, z, r und φ.In the 1 and 2 are schematic, and therefore not to scale, a partially sectioned side view and a cross-sectional view of an ion mobility spectrometer 2 shown according to the present invention. The 1 and 2 show the directions of the polar coordinates, z, r and φ.

Von dem Spektrometer 2 zu trennende Ionen werden von einer Ionenquelle (nicht gezeigt) erzeugt, die jede geeignete Ionenquelle sein kann und die auch eine herkömmliche Art von Ionenquelle sein kann, z. B. eine Elektrosprayionisierungs-(ESI)-Quelle, eine Matrix-unterstützte Laser-Desorptions-Ionisations-(MALDI)-Quelle oder jeder andere Ionenquellentyp. Die von der Quelle erzeugten Ionen können in dem Spektrometer 2 mittels einer Injektionsvorrichtung eingebracht werden, die typischerweise eine Ionenoptik enthält, welche in der gezeigten Ausführung ein Injektionsmultipol 10 aufweist. In anderen Ausführungen könnte die Injektionsvorrichtung jede HF-Durchlass- oder HF-Speichervorrichtung aufweisen, wie etwa einen länglichen Satz von Stangen, Öffnungen, Spiralen mit oder ohne Gasbad. Die von der Injektionsvorrichtung injizierten Ionen treten in das Spektrometer über eine Entrittsöffnung 20 ein. Die Eintrittsöffnung 20 wirkt als Ionengatter und man kann daran eine schaltbare Spannung anlegen, um selektiv entweder Ionen hindurchzulassen (Gatter offen) oder nicht hindurchzulassen (Gatter geschlossen).From the spectrometer 2 ions to be separated are generated by an ion source (not shown), which may be any suitable ion source and which may also be a conventional type of ion source, e.g. An electrospray ionization (ESI) source, a matrix-assisted laser desorption ionization (MALDI) Source or any other type of ion source. The ions generated by the source may be present in the spectrometer 2 be introduced by means of an injection device, which typically contains an ion optic, which in the embodiment shown, a Injektultmultipol 10 having. In other embodiments, the injection device could include any RF transmission or RF storage device, such as an elongated set of rods, orifices, coils with or without a gas bath. The ions injected by the injection device enter the spectrometer via an access port 20 one. The entrance opening 20 acts as an ion gate and one can apply a switchable voltage to selectively pass either ions (gate open) or not pass (gate closed).

Das Spektrometer 2 umfasst ein Driftrohr 4, das in der Ausführung eine Außenelektrode aufweist, in diesem Fall in der Form eines Zylinders 30, der in der axialen Richtung, z, langestreckt ist, welche die Längsachse des Rohrs ist. In 1 ist der Zylinder 30 im axialen Querschnitt gezeigt. Die Länge des Zylinders 30 ist in dieser Ausführung 200 mm und dessen Innendurchmesser ist 60 mm. Der Zylinder 30 ist, wie in 2 gezeigt, ein Kreiszylinder, braucht es aber nicht zu sein. Der Zylinder könnte z. B. auch jede andere Querschnittsform haben, wie etwa elliptisch oder irgendeine andere gekrümmte Form, obwohl ein Kreiszylinder bevorzugt ist. Der Elektrodenzylinder 30 ist in dieser Ausführung aus Widerstandsglas hergestellt, könnte aber auch aus jedem anderen Widerstandsmaterial hergestellt sein. Widerstandsglas-Driftrohre für Ionenmobilitätsspektrometer sind an sich bekannt. In anderen Ausführen könnte der Zylinder 30 nur auf seiner Innenoberfläche ein Widerstandsmaterial aufweisen. Wenn im Gebrauch eine Spannung von 50–200 V zwischen den Enden des Zylinders 30 (d. h. dessen entgegengesetzten axialen Enden) angelegt wird, wird somit ein Spannungsgradient in der axialen Richtung erzeugt, der die Bewegung der Ionen vom Eingangsende des Driftrohrs zum Ausgangsende, d. h. die axiale Bewegung der Ionen, unterstützen kann.The spectrometer 2 includes a drift tube 4 which in the embodiment has an outer electrode, in this case in the form of a cylinder 30 elongated in the axial direction, z, which is the longitudinal axis of the tube. In 1 is the cylinder 30 shown in axial cross section. The length of the cylinder 30 is in this embodiment 200 mm and its inner diameter is 60 mm. The cylinder 30 is how in 2 shown, a circular cylinder, but it does not need to be. The cylinder could z. B. also have any other cross-sectional shape, such as elliptical or any other curved shape, although a circular cylinder is preferred. The electrode cylinder 30 is manufactured in this embodiment of resistance glass, but could also be made of any other resistance material. Resistance glass drift tubes for ion mobility spectrometers are known per se. In other cases, the cylinder could run 30 have a resistance material only on its inner surface. When in use, a voltage of 50-200 V between the ends of the cylinder 30 (ie, its opposite axial ends) is thus created, a voltage gradient in the axial direction is generated, which can support the movement of ions from the input end of the drift tube to the output end, ie, the axial movement of the ions.

Das Spektrometer der gezeigten Ausführung umfasst einen Speicherabschnitt 30', der ein elektrisch isolierter Abschnitt des Widerstandszylinders 30 oder ein anderer Zylinder sein kann, der Widerstandsmaterial aufweist (zumindest an seiner Innenoberfläche), mit dem gleichen Durchmesser und koaxial zum Zylinder 30, und elektrisch isoliert vom Hauptteil des Zylinders 30, in dem die Trennung der Ionen stattfindet. In anderen Ausführungen braucht jedoch, wie in der nachfolgend beschriebenen 11 gezeigt, der Speicherabschnitt keinen koaxialen Zylinder aufzuweisen, koaxial zum Hauptzylinder 30 des Driftrohrs, da der Speicherabschnitt nur einen Bereich zur Speicherung von Ionen bereitstellen muss, bevor die Ionen, bevorzugt als Puls, in das Driftrohr 4 freigesetzt werden. Die Ionen von der Injektionsvorrichtung treten anfänglich in den Speicherabschnitt 30' über die Öffnung 20 ein. Der Speicherabschnitt 30' definiert einen Speicherraum 21, der in diesem Beispiel ein ringförmiger Speicherraum ist (obwohl er, wie oben angegeben, nicht ringförmig zu sein braucht, z. B. in Fällen, wo der Speicherabschnitt keinen koaxialen Zylinder aufweist), worin die Ionen gespeichert werden können, bevor Ionen durch Schleusung in den Trennabschnitt des Zylinders 30, d. h. in den Driftraum 22, selektiert werden. Der Speicherabschnitt 30' umfasst bevorzugt Widerstandsmaterial, zumindest auf seiner Innenoberfläche, und trägt in elektrischer Verbindung damit zwei Elektroden, in diesen Beispielen in der Form von ringförmigen leitfähigen Streifen 31, 32, die jeweils an jedem Ende des Speicherabschnitts 30' vorgesehen sind, um einen axialen elektrischen Feldgradienten zu erzeugen, wenn zwischen den Elektroden oder Streifen 31, 32, in diesem Beispiel ringförmige Elektroden, eine Spannungsdifferenz von 5–50 V angelegt wird. Im Gebrauch bewegen sich die Ionen in der axialen Richtung zu dem Trennabschnitt des Zylinders 30 unter dem Einfluss des axialen Gradienten in dem Speicherabschnitt 30'. Die Ionen können im Speicherabschnitt 30' gehalten werden und steuerbar in den Trennabschnitt des Zylinders 30 mittels einer Spannung geschleust werden, die an eine nachfolgend detaillierter beschriebene Schleusenelektrode 61 angelegt wird.The spectrometer of the illustrated embodiment comprises a storage section 30 ' , the electrically insulated section of the resistance cylinder 30 or another cylinder having resistance material (at least on its inner surface) of the same diameter and coaxial with the cylinder 30 , and electrically isolated from the main part of the cylinder 30 in which the separation of the ions takes place. In other embodiments, however, as described in the following 11 shown, the storage portion to have no coaxial cylinder, coaxial with the master cylinder 30 of the drift tube, since the storage section only has to provide an area for storing ions before the ions, preferably as a pulse, enter the drift tube 4 be released. The ions from the injection device initially enter the storage section 30 ' over the opening 20 one. The storage section 30 ' defines a memory space 21 which, in this example, is an annular storage space (although, as stated above, it need not be annular, for example in cases where the storage portion does not have a coaxial cylinder) in which the ions can be stored before ions pass through in the separation section of the cylinder 30 ie in the drift space 22 , to be selected. The storage section 30 ' preferably comprises resistive material, at least on its inner surface, and carries in electrical connection therewith two electrodes, in these examples in the form of annular conductive strips 31 . 32 , each at each end of the memory section 30 ' are provided to generate an axial electric field gradient when between the electrodes or strips 31 . 32 , in this example ring-shaped electrodes, a voltage difference of 5-50 V is applied. In use, the ions move in the axial direction to the separating portion of the cylinder 30 under the influence of the axial gradient in the storage section 30 ' , The ions can in the memory section 30 ' be held and controllable in the separating section of the cylinder 30 by means of a voltage applied to a lock electrode described in more detail below 61 is created.

Im Außenzylinder 30 des Spektrometers ist eine innere Elektrodenbaugruppe 40 angeordnet. Die Elektrodenbaugruppe 40 ist koaxial in Bezug auf den Außenzylinder 30 angebracht. Der Driftraum 22, in dem im Gebrauch die Ionen durch Ionenmobilität getrennt werden, umfasst das ringförmige Volumen zwischen dem Außenzylinder 30 und der inneren Elektrodenbaugruppe 40. Der Driftraum 22 ist im Gebrauch mit Gas gefüllt. Das Gas kann ein beliebiges Gas sein, das herkömmlich für die Ionenmobilitätsspektrometrie verwendet wird (wie etwa Stickstoff, Helium, Methan etc. oder irgendein Gemisch davon). Das Gas kann in dem Driftraum Drücke haben, die bekanntermaßen in der Technik zur Ionenmobilitätsspektrometrie nützlich sind, z. B. Atmosphärendruck oder Über- oder Unteratmosphärendruck. Bevorzugt ist das Gas jedoch bei Atmosphärendruck oder darunter. Besonders bevorzugt ist das Gas unter Atmosphärendruck, ganz besonders bevorzugt bei 0,005 bis 20 mbar, und am meisten bevorzugt bei 0,1 bis 1 mbar. Das Gas kann dazu vorgesehen sein, in dem Driftraum zu fließen, z. B. entgegen der Richtung der Ionenbewegung, aber bevorzugt und der Einfachheit wegen lässt man das Gas nicht fließen.In the outer cylinder 30 of the spectrometer is an internal electrode assembly 40 arranged. The electrode assembly 40 is coaxial with respect to the outer cylinder 30 appropriate. The drift room 22 in which, in use, the ions are separated by ion mobility, the annular volume between the outer cylinder comprises 30 and the inner electrode assembly 40 , The drift room 22 is filled with gas in use. The gas may be any gas conventionally used for ion mobility spectrometry (such as nitrogen, helium, methane, etc., or any mixture thereof). The gas may have pressures in the drift space known to be useful in ion mobility spectrometry technology, e.g. B. atmospheric pressure or super or subatmospheric pressure. However, the gas is preferably at atmospheric pressure or below. More preferably, the gas is at atmospheric pressure, most preferably 0.005 to 20 mbar, and most preferably 0.1 to 1 mbar. The gas may be intended to flow in the drift space, e.g. B. against the direction of ion movement, but preferably and for simplicity, because you can not flow the gas.

Die Elektrodenbaugruppe 40 umfasst HF-Elektroden 50 mit gleichem Abstand ringförmig um die z- oder Längsachse des Driftrohrs herum und parallel zur z-Achse, d. h. der axialen Richtung, verlaufen. In der Ausführung sind die HF-Elektroden 50 zweckmäßig in der Form von Drähten vorgesehen, die über Halter 53, 54 gespannt sind. Im Gebrauch werden benachbarte Drähte, z. B. gezeigt als 51, 52, mit gegenphasigen HF-Spannungen versehen, um ein HF-Quasipotential zu erzeugen. In 2 ist jeder Draht mit der gleichen Phase der HF Spannung mit der gleichen Schraffur versehen. Die HF-Elektroden 50 erzeugen hierdurch eine HF-Barriere, um Ionen daran zu hindern, in die Elektrodenbaugruppe 40 zu fallen. Die Ionen werden im Gebrauch radial eingegrenzt, indem sie von einer zwischen dem Außenzylinder 30 und der Elektrodenbaugruppe 40 angelegen Gleichspannungsdifferenz von 1 bis 20 V zur inneren Elektrodenbaugruppe 40 und deren HF Barriere hin gedrückt werden.The electrode assembly 40 includes RF electrodes 50 at the same distance annular around the z or longitudinal axis of the drift tube around and parallel to the z-axis, ie the axial direction, extend. In the Execution are the HF electrodes 50 expediently provided in the form of wires, via holders 53 . 54 are curious. In use, adjacent wires, e.g. B. shown as 51 . 52 , provided with antiphase RF voltages to produce an RF quasi potential. In 2 each wire is provided with the same hatch with the same phase of the RF voltage. The HF electrodes 50 thereby create an RF barrier to prevent ions from entering the electrode assembly 40 to fall. The ions are radially confined in use by being separated from one between the outer cylinder 30 and the electrode assembly 40 Apply a DC difference of 1 to 20 V to the inner electrode assembly 40 and their RF barrier are pushed out.

Die Elektrodenbaugruppe 40 umfasst ferner einen Innenzylinder 60, der über die Länge des Spektrometers und des Driftrohrs verläuft. Der Zylinder 60 ist bevorzugt aus dielektrischem Material hergestellt, bevorzugt Glas (z. B. Bleisilikat) oder Keramik. Der Außendurchmesser des Zylinders 60 beträgt 50 mm. Der Innenzylinder 60 hat die Wirkung, sowohl eine Schleusenelektrode, in diesem Fall in der Form eines ringförmigen leitfähigen Streifens 61, sowie eine Leitelektrode, in diesem Fall in der Form eines Widerstandsstreifens 70, der spiralig um den Zylinder 60 herum gewickelt ist, zu tragen. In der gezeigten Ausführung trägt der Innenzylinder 60 ferner eine axiale Treiberelektrode, in diesem Fall in der Form eines Widerstandsstreifens 62, der ebenfalls spiralig um den Zylinder 60 herum gewickelt ist. Der Einfachheit wegen sind, in der Querschnittsansicht von 2, weder nachfolgend beschriebene Widerstandsstreifen 70 noch der Widerstandsstreifen 62 gezeigt. Das ringförmige leitfähige Band 61 umgibt den Umfang des Zylinders 60 und ist am Ausgang des Speicherraums 21 axial angeordnet. In der gezeigten Ausführung ist das ringförmige leitfähige Band 61 mit dem leitfähigen Streifen 62 axial höhenmäßig positioniert. Wenn im Gebrauch eine schaltbare Gatterspannung an das ringförmige leitfähige Band 61 angelegt wird, wirkt dieses als Schleusenelektrode, um Ionen von dem Speicherraum 21 in den Driftraum 22 zu schleusen, wodurch die Ionen gemäß der Ionenmobilität separiert werden. An das ringförmige leitfähige Band 61 wird somit eine schaltbare Spannung angelegt, um selektiv entweder zu erlauben, dass Ionen hindurchlaufen (Gatter offen) oder nicht hindurchlaufen (Gatter geschlossen). Der Widerstandsstreifen 70 ist spiralig um den Zylinder 60 herum mit der axialen Richtung entlang der Länge des Zylinders 60 gewickelt. Der Widerstandsstreifen 70 dient zum Anlegen einer schaltbaren Gleichspannung. Wenn an den Widerstandsstreifen 70 eine Spannung angelegt wird, wird hierdurch eine spiralige Potentialbarriere für die sich axial bewegenden Ionen erzeugt, wie nachfolgend detaillierter beschrieben. Die leitfähigen Streifen oder Komponenten, die hierin beschrieben sind, sind bevorzugt aus Metall hergestellt, wie etwa z. B. Nickel, Wolfram oder Gold. Die Widerstandsstreifen 62 und 70 werden bevorzugt durch Wasserstoffreduktion von Bleisilikatglas hergestellt, wie es in der Technik bekannt ist, oder durch Zersteuben (Sputtern) von ultradünnen Schichten aus Wolfram oder anderen Widerstandsmetallen auf Glas oder Keramik. Denkbar ist es auch, Streifen durch Spritzguss von leitfähigem Kunststoff herzustellen, wie etwa Sintimid, Tecaform, Semitron und andere.The electrode assembly 40 further comprises an inner cylinder 60 which runs the length of the spectrometer and the drift tube. The cylinder 60 is preferably made of dielectric material, preferably glass (eg lead silicate) or ceramic. The outer diameter of the cylinder 60 is 50 mm. The inner cylinder 60 has the effect of both a lock electrode, in this case in the form of an annular conductive strip 61 and a conductive electrode, in this case in the form of a resistor strip 70 spiraling around the cylinder 60 wrapped around, to carry. In the embodiment shown, the inner cylinder carries 60 an axial drive electrode, in this case in the form of a resistor strip 62 , which also spirals around the cylinder 60 wrapped around. For the sake of simplicity, in the cross-sectional view of 2 , neither resistance strips described below 70 still the resistance strip 62 shown. The annular conductive band 61 surrounds the circumference of the cylinder 60 and is at the output of the memory space 21 arranged axially. In the embodiment shown, the annular conductive band 61 with the conductive strip 62 positioned axially in height. When in use, a switchable gate voltage is applied to the annular conductive tape 61 is applied, this acts as a lock electrode to ions from the storage space 21 in the drift room 22 to pass, whereby the ions are separated according to the ion mobility. To the annular conductive band 61 Thus, a switchable voltage is applied to selectively allow either ions to pass (gate open) or not to pass (gate closed). The resistance strip 70 is spiraling around the cylinder 60 around with the axial direction along the length of the cylinder 60 wound. The resistance strip 70 serves for applying a switchable DC voltage. If at the resistance strip 70 A voltage is applied thereby creating a spiral potential barrier for the axially moving ions, as described in more detail below. The conductive strips or components described herein are preferably made of metal, such as e.g. As nickel, tungsten or gold. The resistance stripes 62 and 70 are preferably prepared by hydrogen reduction of lead silicate glass, as known in the art, or by chopping (sputtering) ultrathin layers of tungsten or other resistive metals onto glass or ceramic. It is also conceivable to produce strips by injection molding of conductive plastic, such as Sintimid, Tecaform, Semitron and others.

Der Innenzylinder 60 trägt ferner einen Widerstandsstreifen 62, der auch spiralig um den Zylinder 60 herum gewickelt ist. Der Widerstandsstreifen 62 ist in der axialen Richtung entlang der Länge des Zylinders 60 spiralig um den Zylinder 60 herum gewickelt. Die Spirale des Widerstandsstreifen 62 und die Spirale des Widerstandsstreifens 70 sind in der Ausführung zur Bildung einer Doppelhelixkonfiguration angeordnet, d. h., es sind zwei kongruente Spiralen. Die Spirale des Widerstandsstreifens 62 und die Spirale des Widerstandssteifens 70 haben somit im Wesentlichen die gleiche Steigung von 10 mm, was in 20 Windungen entlang des Driftrohrs 4 resultiert (in den schematischen Figuren sind nicht alle Windungen gezeigt). Die Spirale des Widerstandstreifens 62 und die Spirale des Widerstandsstreifens 70 sind bevorzugt in Bezug aufeinander, angenähert auf halben Weg entlang der Spiralsteigung, in der axialen Richtung versetzt. Der Radius einer Spirale (oder beider) ist bevorzugt konstant, könnte aber variieren, um einen oder mehrere Abschnitte vorzusehen, um den Radius entlang der axialen Richtung zu vergrößern oder zu verkleinern, um hierdurch eine spiralige Konfiguration zu erzeugen. Dementsprechend beziehen sich hier der Begriff spiralig und ähnliche Begriffe, wie etwa Helix, auf entweder eine strikt spiralige Form mit festem Radius, oder eine Spirale mit zunehmendem und/oder abnehmendem Radius.The inner cylinder 60 also carries a resistance strip 62 that also spirals around the cylinder 60 wrapped around. The resistance strip 62 is in the axial direction along the length of the cylinder 60 spiral around the cylinder 60 wrapped around. The spiral of the resistance strip 62 and the spiral of the resistance strip 70 are arranged in the embodiment to form a double helix configuration, ie, they are two congruent spirals. The spiral of the resistance strip 62 and the spiral of the resistance stiffener 70 thus have essentially the same pitch of 10 mm, resulting in 20 turns along the drift tube 4 results (not all turns are shown in the schematic figures). The spiral of the resistance strip 62 and the spiral of the resistance strip 70 are preferably in relation to each other, approximately half way along the spiral pitch, offset in the axial direction. The radius of a spiral (or both) is preferably constant, but could vary to provide one or more sections to increase or decrease the radius along the axial direction, thereby creating a spiral configuration. Accordingly, as used herein, the term spirally and similar terms, such as helix, refers to either a strictly spiral, fixed radius, or a spiral of increasing and / or decreasing radius.

Typischerweise ist die Steigung oder die axiale Stufung der Spirale mehrere Male größer als die Lücke zwischen dem Zylinder 60 und den HF Elektroden oder Drähten 50. Die Steigung oder axiale Stufung der Spirale ist somit typischerweise mit der Lücke zwischen dem Außenzylinder 30 und der inneren Elektrodenbaugruppe 40 vergleichbar. Zum Beispiel könnte für eine Lücke von 5 mm zwischen dem Innenzylinder 40 und dem Außenzylinder 30 und einem Durchmesser von 50 mm des Innenzylinders 40 die Vergrößerung der Trennungslänge > 15 bis 30 erreichen, im Vergleich zum niedrigauflösenden Modus, und daher in der Auflösung einen Verstärkungsfaktor x4 bis x5. Dies erhält man aus Dimensionen der Spiralsteigung P = 10 mm, Durchmesser D = 50 mm des Zylinders 40 und der Gesamtlänge des Rohrs, L = 200 mm, so dass die Vergrößerung der Trennungslänge über L gleich π·D/P = 15,7 ist, bei einer Gesamtlänge von 3,14 m.Typically, the pitch or axial pitch of the spiral is several times greater than the gap between the cylinder 60 and the RF electrodes or wires 50 , The slope or axial step of the spiral is thus typically with the gap between the outer cylinder 30 and the inner electrode assembly 40 comparable. For example, for a gap of 5mm between the inner cylinder 40 and the outer cylinder 30 and a diameter of 50 mm of the inner cylinder 40 increase the separation length> 15 to 30, compared to the low-resolution mode, and therefore in the resolution, a gain x4 to x5. This is obtained from dimensions of the spiral pitch P = 10 mm, diameter D = 50 mm of the cylinder 40 and the total length of the tube, L = 200 mm, so that the increase in the separation length over L is equal to π · D / P = 15.7, with a total length of 3.14 m.

Der Widerstandsstreifen 62 dient zum Anlegen einer schaltbaren Spannung von 20 bis 500 V daran. Eine ähnliche Spannungsverteilung wird an dem Streifen 70 erzeugt, aber um 2 bis 20 V verschoben, gemäß der Polarität der Ionen (hoch für positiv, abwärts für negativ). Wenn an den Widerstandsstreifen 62 eine Spannung angelegt wird, wird hierdurch entlang diesem ein axialer elektrischer Feldgradient erzeugt, und in dem Driftraum 22 wird ein axiales elektrisches Feld generiert, um die Ionen axial durch den Driftraum 22 zu bewegen, wie nachfolgend detaillierter beschrieben wird. Da der Widerstandsstreifen 62 zum Erzeugen eines axialen Feldgradienten dient, um die Ionen axial durch den Driftraum 22 zu bewegen, ist es möglich, einen Widerstandsstreifen zu verwenden, der eine etwas andere Konfiguration als spiralig hat. Zum Beispiel könnte der Widerstandsstreifen 62 in einigen Ausführungen in der Form eines geraden Streifens sein, der in der axialen Richtung entlang dem Innenzylinder 60 verläuft. Eine solche Ausführung ist in 10 gezeigt (10 zeigt auch den Speicherabschnitt 30' als Teil des Zylinders 30). Jedoch ist im Hinblick auf den spiraligen Widerstandsstreifen 70, der Widerstandsstreifen 62 bevorzugt spiralig und bildet weiter bevorzugt eine Doppelhelix mit dem Widerstandsstreifen 60. Wenn der Widerstandsstreifen 62 spiralig ist, werden nicht axiale (d. h. bogenförmige) Feldkomponenten durch den Widerstandsstreifen 70 und auch den Elektroden für ein bogenförmiges Feld 3335 dominiert. The resistance strip 62 Used to apply a switchable voltage of 20 to 500 V to it. A similar stress distribution is applied to the strip 70 but shifted by 2 to 20 V, according to the polarity of the ions (high for positive, down for negative). If at the resistance strip 62 a voltage is applied, thereby an axial electric field gradient is generated along this, and in the drift space 22 An axial electric field is generated to move the ions axially through the drift space 22 to move, as described in more detail below. As the resistance strip 62 is used to generate an axial field gradient to move the ions axially through the drift space 22 To move, it is possible to use a resistance strip that has a slightly different configuration than spiral. For example, the resistor strip could 62 in some embodiments, be in the form of a straight strip that extends in the axial direction along the inner cylinder 60 runs. Such an embodiment is in 10 shown ( 10 also shows the memory section 30 ' as part of the cylinder 30 ). However, with regard to the spiral resistance strip 70 , the resistance strip 62 preferably spirally and more preferably forms a double helix with the resistance strip 60 , When the resistance strip 62 is spiral, not axial (ie arcuate) field components through the resistance strip 70 and also the electrodes for an arcuate field 33 - 35 dominated.

Zusätzlich zum spiraligen Streifen 70 umfasst, um eine weitere Antriebskraft auf die Ionen in Winkelrichtung auszuüben, und insbesondere zur Verwendung in hochauflösenden Trennmodi, das Spektrometer Elektroden für ein bogenförmiges Feld, in diesem Fall in der Form von leitfähigen Streifen 33, 34 und 35, die an der Innenoberfläche des Außenzylinders 30 des Driftrohrs 4 vorhanden sind. Die leitfähigen Streifen 33, 34 und 35 sind aus leitfähigem Material hergestellt und erstrecken sich parallel zueinander, axial entlang der Länge des Driftrohrs 4, d. h. sie erstrecken sich axial entlang der Innenoberfläche des Außenzylinders 30. Die leitfähigen Streifen 33, 34 und 35 erstrecken sich axial über im Wesentlichen die gleiche axiale Länge wie der spiralige Widerstandsstreifen 70. Die Streifen 33, 34 und 35 haben einen gleichen Abstand im Bogenmaß um die z- oder Längsachse des Driftrohrs, und an jedem Streifen wird bei Gebrauch eine schaltbare Spannung von 1 bis 20 V unabhängig angelegt, um ein rotierendes bogenförmiges elektrisches Feld zu erzeugen, das nachfolgend detaillierter beschrieben wird. Es versteht sich, dass auch eine größere Anzahl von Streifen als die drei Streifen 33, 34 und 35 vorgesehen werden könnte. Jeder der hierin beschriebenen leitfähigen Streifen, z. B. Streifen 3135, 61, kann als kontinuierlicher Streifen oder als diskontinuierlicher Streifen, d. h. in Abschnitten, vorliegen. Ähnlich kann der Widerstandsstreifen 62 als kontinuierlicher Streifen oder als diskontinuierlicher Streifen, d. h. in Abschnitten, vorliegen.In addition to the spiral strip 70 to exert a further driving force on the ions in the angular direction, and in particular for use in high resolution separation modes, the spectrometer electrodes for an arcuate field, in this case in the form of conductive strips 33 . 34 and 35 attached to the inner surface of the outer cylinder 30 of the drift tube 4 available. The conductive stripes 33 . 34 and 35 are made of conductive material and extend parallel to each other, axially along the length of the drift tube 4 that is, they extend axially along the inner surface of the outer cylinder 30 , The conductive stripes 33 . 34 and 35 extend axially over substantially the same axial length as the spiral resistance strip 70 , The Stripes 33 . 34 and 35 equidistant radians about the z or longitudinal axis of the drift tube, and on each strip, in use, a switchable voltage of 1 to 20 V is applied independently to produce a rotating arcuate electric field which will be described in more detail below. It is understood that also a larger number of stripes than the three stripes 33 . 34 and 35 could be provided. Each of the conductive strips described herein, e.g. B. stripes 31 - 35 . 61 , may be present as a continuous strip or as a discontinuous strip, ie in sections. Similarly, the resistance strip 62 as a continuous strip or as a discontinuous strip, ie in sections.

Am Ausgangsende des Driftrohrs 4, d. h. am Ausgangsende des Außenzylinders 30, können die Ionen aus dem Driftraum 22 über eine Austrittsöffnung 80 austreten. Ionen, die durch die Austrittsöffnung 80 austreten, können einer weiteren Bearbeitung und/oder Detektion unterzogen werden. In der gezeigten Ausführung ist ein Leitmultipol 90 stromab der Austrittsöffnung 80 vorgesehen, um Ionen aufzunehmen, wenn sie das Driftrohr verlassen. Eine schaltbare Schleusenspannung an der Öffnung 80 kann dazu verwendet werden, die Ionen mit gewünschter Mobilität zu schleusen, bevor sie über das Multipol 90 in weitere Bearbeitungs- und/oder Detektionsstufen gelangen. Die Austrittsöffnung 80 wirkt somit als Ionenschleuse, und an diese kann eine schaltbare Spannung von 1 bis 10 V angelegt werden, um selektiv zu erlauben, dass Ionen hindurchtreten (Gatter offen) oder nicht hindurchtreten (Gatter geschlossen). Bevorzugt ist, wie in 8 gezeigt, ein ringförmiger leitfähiger Streifen 72 ferner als Mittel vorgesehen, um Ionen zur Öffnung 80 zu leiten. An den ringförmigen leitfähigen Streifen 72 wird eine schaltbare Spannung von 5 bis 50 V angelegt, um selektiv zu erlauben, dass Ionen dort hindurchtreten (Gatter offen) oder nicht hindurchtreten (Gatter geschlossen).At the exit end of the drift tube 4 ie at the exit end of the outer cylinder 30 , the ions can escape from the drift space 22 via an exit opening 80 escape. Ions passing through the outlet 80 leak, may be subjected to further processing and / or detection. In the embodiment shown is a Leitmultipol 90 downstream of the outlet 80 provided to receive ions as they leave the drift tube. A switchable lock voltage at the opening 80 can be used to pass the ions of desired mobility before passing through the multipole 90 get into further processing and / or detection levels. The outlet opening 80 thus acts as an ion lock, and to this a switchable voltage of 1 to 10V can be applied to selectively allow ions to pass (gate open) or not pass (gate closed). Preferred is as in 8th shown an annular conductive strip 72 further provided as means for opening ions to the ions 80 to lead. At the annular conductive strip 72 A switchable voltage of 5 to 50V is applied to selectively allow ions to pass therethrough (gate open) or not pass (gate closed).

Nachfolgend werden verschiedene Betriebsweisen des Spektrometers 2 beschrieben.Below are various modes of operation of the spectrometer 2 described.

Ionen können in das Spektrometer 2 wie folgt eingeführt werden. Nach Ionenerzeugung in einer Ionenquelle (nicht gezeigt) und optional etwaiger Vorverarbeitung der Ionen, wie z. B. Ionenspeicherung, Massenfilterung und/oder Fragmentierung, werden die Ionen über das Injektionsmultipol 10 zur Injektion in das Spektrometer geleitet. Zum Injizieren wird die Spannung der Eintrittsöffnung oder dem Gatter 20 (z. B. auf Null oder einen niedrigen Wert) eingestellt, um zu erlauben, dass die Ionen dort hindurch treten und die Ionen in den Speicherraum 21 eintreten, d. h. in dem Beispiel, das ringförmige Volumen zwischen dem Speicherabschnitt 30' und der inneren Elektrodenbaugruppe 40, die sich axial zwischen der Eintrittsöffnung 20 und dem leitfähigen Streifen oder dem Gatter 61 befindet. Die Ionen können aus dem Speicherraum 21 herausdriften, wenn an den leitfähigen Streifen 61, der als Schleuse aus dem Speicherraum 21 wirkt, eine Gatterspannung von 5 bis 50 V ausgeschaltet wird und auf die gleiche Spannung wie der Beginn des Streifens 62 gesetzt wird, so dass Ionen aus dem Speicherraum 21 in den Driftraum 22 aufgrund des axialen Felds, das durch den Spannungsabfall zwischen den Streifen 31 und 32 und entlang dem Streifen 62 erzeugt wird, driften können. Die Ionen beginnen dann, durch den Driftraum 22 hindurchzulaufen.Ions can enter the spectrometer 2 be introduced as follows. After ion generation in an ion source (not shown) and optionally any pre-processing of the ions, such as. As ion storage, mass filtering and / or fragmentation, the ions on the Injektultmultipol 10 directed into the spectrometer for injection. For injecting the voltage of the inlet opening or the gate 20 (eg, zero or low) to allow the ions to pass through and the ions into the storage space 21 enter, that is, in the example, the annular volume between the storage section 30 ' and the inner electrode assembly 40 extending axially between the inlet opening 20 and the conductive strip or gate 61 located. The ions can leave the storage space 21 drift out when on the conductive strip 61 that as a lock from the storage room 21 acts, a gate voltage of 5 to 50 V is turned off and at the same voltage as the beginning of the strip 62 is set, allowing ions from the storage space 21 in the drift room 22 due to the axial field caused by the voltage drop between the strips 31 and 32 and along the strip 62 is generated, can drift. The ions then start, through the drift space 22 pass therethrough.

In einem Modus, einem sogenannten Durchlaufmodus, können die Ionen entlang dem Driftrohr 4 durch den Driftraum 22 driften, angezogen von einem axialen Feld, d. h. von dem Widerstandsstreifen 62, an den eine Spannung von 50 bis 200 V angelegt wird, aber mit begrenzter Ionenmobilitätstrennung. Mit anderen Worten, das Spektrometer wirkt somit in diesem Modus eher als einfacher Ionenleiter. In dem Durchlassmodus werden die Ionen typischerweise nicht gespeichert und von dem Speicherraum 21 freigesetzt, sondern werden stattdessen kontinuierlich durch das Spektrometer 2 und dessen Driftrohr 4 durchgelassen. Dementsprechend kann das Driftrohr 4 entweder mit Gas bei signifikantem Druck zur Ionenmobilitätstrennung gefüllt sein, oder unter Hochvakuum sein. Da der Streifen 62 spiralig ist, unterliegen die Ionen jederzeit einem kleinen axialen Feld durch das Driftrohr 4, ungeachtet, wo um die innere Elektrodenbaugruppe 4 herum die Ionen sind. Die Ionen werden radial durch Anlegen einer Gleichspannungsdifferenz von 2 bis 20 V zwischen dem Widerstands-Außenzylinder 30 und der Elektrodenbaugruppe 40 eingegrenzt, indem z. B. an den Widerstandsstreifen 62 eine andere Gleichspannung angelegt wird als an dem Widerstands-Außenzylinder 30. Zum Beispiel kann an den Widerstandsstreifen 62 eine stärker negative Gleichspannung angelegt werden als an den Widerstands-Außenzylinder 30, um positiv geladene Ionen radial einzugrenzen (und umgekehrt). Wenn die Ionen axial durch das Driftrohr wandern, wird verhindert, dass die Ionen mit der inneren Elektrodenanordnung 40 kollidieren, indem eine HF-Spannung von 200 bis 1000 V bei 3 MHz an die die HF-Elektroden angelegt wird, wie oben beschrieben. In diesem Durchlassmodus wird an den spiraligen Widerstandsstreifen 70 eine Spannung angelegt, die an die Spannungen am Streifen 62 angepasst ist, so dass im Wesentlichen keine spiralige Potentialbarriere vorhanden ist, die die axiale Bewegung der Ionen beeinflusst, und stattdessen eine glatte lineare axiale Feldkomponente erhalten wird. Dementsprechend driften die Ionen axial durch das Driftrohr 4 auf im Wesentlich geradem Weg (sie unterliegen keiner Streuung). Die Ionen werden in bogenförmiger Richtung nahe z. B. der Elektrode 33 eingegrenzt, indem höhere Spannungen an die Elektroden 34 und 35 angelegt werden. Mit anderen Worten, der Durchlassbetriebsmodus sieht vor, dass Ionen auf einem nichtspiraligen geraden Weg durch das Driftrohr 4 driften. Die Ionen erreichen eventuell die Austrittsöffnung 80, an die im Durchlassmodus eine Spannung angelegt wird, um zu erlauben, dass die Ionen aus dem Driftrohr genauso durch das Multipol 90 strömen, zur optionalen weiteren Verarbeitung in etwaigen stromabwärtigen Vorrichtungen (nicht gezeigt), z. B. einem oder mehreren Massenfiltern und/oder Ionenfallen, und Detektion. In one mode, called a pass mode, the ions can travel along the drift tube 4 through the drift space 22 drift, attracted by an axial field, ie from the resistance strip 62 to which a voltage of 50 to 200 V is applied but with limited ion mobility separation. In other words, the spectrometer thus acts rather as a simple ionic conductor in this mode. In the pass-through mode, the ions are typically not stored and from the memory space 21 instead, they are continuously transmitted through the spectrometer 2 and its drift tube 4 pass through. Accordingly, the drift tube 4 either be filled with gas at significant pressure for ion mobility separation, or under high vacuum. Because the strip 62 is spiral, the ions are always subject to a small axial field through the drift tube 4 Regardless of where around the inner electrode assembly 4 the ions are around. The ions become radial by applying a DC differential of 2 to 20 V between the resistor outer cylinder 30 and the electrode assembly 40 limited by z. B. to the resistance strip 62 another DC voltage is applied than at the resistance outer cylinder 30 , For example, to the resistance strip 62 a more negative DC voltage can be applied than at the resistance outer cylinder 30 to radially confine positively charged ions (and vice versa). As the ions travel axially through the drift tube, the ions are prevented from contacting the internal electrode assembly 40 colliding by applying an RF voltage of 200 to 1000 V at 3 MHz to the RF electrodes as described above. In this transmission mode, the spiral resistance strip is used 70 a voltage applied to the voltages on the strip 62 is matched so that there is substantially no spiral potential barrier that affects the axial motion of the ions, and instead a smooth linear axial field component is obtained. Accordingly, the ions drift axially through the drift tube 4 in a substantially straight way (they are not subject to diversification). The ions are in an arcuate direction near z. B. the electrode 33 confined by placing higher voltages on the electrodes 34 and 35 be created. In other words, the transmission mode of operation provides that ions travel in a non-spiral straight path through the drift tube 4 drift. The ions may reach the exit opening 80 to which a voltage is applied in the pass-through mode to allow the ions from the drift tube to pass through the multipole as well 90 for optional further processing in any downstream devices (not shown), e.g. As one or more mass filters and / or ion traps, and detection.

Im niedrigauflösenden Betriebsmodus zur Ionenmobilitätstrennung, der eine ähnliche Auflösung der Ionenmobilitätstrennung wie existierende Geradweg-Ionenmobilitätsspektrometer vorweisen kann, wird das Spektrometer 2 nach Art des Durchlassmodus betrieben, außer, dass die Ionen nicht kontinuierlich durch das Spektrometer fließen, sondern stattdessen die Ionen gespeichert werden und als Puls in das Driftrohr 4 freigegeben werden. Dies kann durchgeführt werden, indem zuerst die Ionen in den Speicherraum 21 eingeführt werden, wie oben beschrieben. Zum Einführen von Ionen in den Speicherraum wird bevorzugt der axiale Feldgradient in dem Speicherraum 21, z. B. von den Streifen 31, 32, angelegt, um das Driften von Ionen in dem Speicherraum zu unterstützen. In einem Betriebsmodus zur Ioneninjektion in das Driftrohr wird an den leitfähigen Streifen 61, der als Gatter aus dem Speicherraum 21 wirkt, anfänglich eine Spannung von 5 bis 50 V angelegt, die so eingestellt ist, dass die Ionen dadurch gestoppt werden und somit in dem Speicherraum 21 gefangen und gespeichert werden. Nachdem Ionen in den Speicherraum 21 eintreten, kann zusätzlich an die Eintrittsöffnung 20 eine zusätzliche Spannung von einigen Volt angelegt werden, um Ionen in dem Speicherraum zu fangen und auch zu verhindern, den Eintritt von weiteren Ionen in den Speicherraum von der Vorrichtung 10 her zu verhindern. Sobald die Ionen in dem Speicherraum 21 sind, ist es, obwohl nicht notwendig, möglich, den axialen Gradienten in dem Speicherraum abzuschalten, so dass die Ionen in dem Speicherraum gestoppt werden. In diesem Betriebsmodus braucht es nicht erforderlich sein, dass die Einlasselektrode 21 die Wirkung hat, die Ionen anzuhalten, da das Fehlen des axialen Gradienten in dem Speicherraum 21 selbst ausreichend sein könnte, um die Ionen in dem Speicherraum zu stoppen. Beim Anlegen eines Schleusenpulses an den Streifen 21 und/oder beim Anlegen des axialen Feldgradienten in dem Speicherraum 21 können die gespeicherten Ionen aus dem Speicherraum 21 in den Driftraum 22 driften, z. B. durch das axiale Feld, das durch den Spannungsabfall zwischen den Streifen 31 und 32 erzeugt wird.In the low-resolution ion mobility separation mode of operation, which has a similar resolution of ion mobility separation as existing straight-line ion mobility spectrometers, the spectrometer becomes 2 operated in the manner of the pass-through mode, except that the ions do not flow continuously through the spectrometer, but instead the ions are stored and as a pulse into the drift tube 4 be released. This can be done by first placing the ions in the storage space 21 introduced as described above. For introducing ions into the storage space, the axial field gradient in the storage space is preferred 21 , z. B. of the strips 31 . 32 , applied to assist the drifting of ions in the storage space. In an operating mode for ion injection into the drift tube is attached to the conductive strip 61 , which gates out of the storage space 21 acts, initially applied a voltage of 5 to 50 V, which is set so that the ions are stopped thereby and thus in the storage space 21 be caught and stored. Having ions in the storage space 21 can enter, in addition to the inlet opening 20 an additional voltage of a few volts may be applied to trap ions in the storage space and also prevent the entry of further ions into the storage space of the device 10 to prevent her. Once the ions in the storage space 21 Although not necessary, it is possible to turn off the axial gradient in the storage space so that the ions in the storage space are stopped. In this mode of operation, it may not be necessary for the inlet electrode 21 the effect is to stop the ions because of the absence of the axial gradient in the storage space 21 itself may be sufficient to stop the ions in the storage space. When applying a lock pulse to the strip 21 and / or upon application of the axial field gradient in the storage space 21 can store the stored ions from the storage space 21 in the drift room 22 drift, z. B. by the axial field caused by the voltage drop between the strips 31 and 32 is produced.

Der Ionenpuls beginnt dann im Durchtritt durch den Driftraum 22 wie oben, und die Ionen werden nach Ionenmobilität getrennt, wenn sie durch den Driftraum wandern. In diesem Modus belegt ein Gas zur Ionenmobilitätstrennung den Driftraum 22. Das Gas kann bei Atmosphärendruck oder reduziertem Druck sein, bevorzugt 0,005 bis 20 mbar, besonders bevorzugt 0,1 bis 1 mbar. Das axiale Feld innerhalb des Driftrohrs und des Driftraums 22 wird wiederum durch die Spannung erzeugt, das an den spiraligen Widerstandsstreifen 62 und optional an den äußeren Widerstandszylinder 30 angelegt wird. Radiale Einschränkung und das Anlegen der HF-Spannung erfolgt in der Weise, die oben für den Durchlassmodus beschrieben ist. In diesem niedrigauflösenden Modus wird an den spiraligen Widerstandsstreifen 70 eine Spannung angelegt, die zu den Spannungen am Streifen 62 passt, so dass im Wesentlichen keine spiralige Potentialbarriere vorhanden ist, welche die axiale Bewegung der Ionen beeinflusst. Dementsprechend driften in diesem niedrigauflösenden Ionenmobilitätstrennmodus die Ionen axial durch das Driftrohr 4 und dessen Driftraum 22 auf einem angenähert geraden Weg (unterliegt einer gewissen Streuung), d. h. zwischen der Eintrittsöffnung 20 und der Austrittsöffnung 80. In anderen Worten, der niedrigauflösende Ionenmobilitätstrennmodus sieht vor, dass die Ionen durch das Driftrohr 4 auf einem nicht spiraligen Weg driften. Die Driftzeit durch das Driftrohr im niedrigauflösenden Modus kann typischerweise einige ms betragen. Nach Trennung gemäß der Ionenmobilität erreichen die Ionen die Austrittsöffnung 80, an die eine schaltbare Extraktionsspannung von 1 bis 10 V angelegt wird, um die Ionen durch die Austrittsöffnung aus dem Driftrohr zu entnehmen. Wenn die Austrittsöffnung 80 so eingestellt ist, dass die Ionen aus dem Driftrohr 4 durch das Multipol 90 treten können, können die Ionen, die gemäß ihrer Ionenmobilität separiert sind, so optional einer oder mehreren weiteren Stufen der Bearbeitung und der Detektion geleitet werden. Zum Beispiel können die Ionen zu etwaigen stromabwärtigen Vorrichtungen (nicht gezeigt) geleitet werden, z. B. zu einem oder mehreren Massenfiltern und/oder Ionenfallen und Detektion. Die Austrittsöffnung 80 kann mit einer schaltbaren Spannung betrieben werden, um nur Ionen von gewünschter Ionenmobilität zu den weiteren Stufen zu schleusen. Dementsprechend können die Ionen durch die Austrittsöffnung 80 entweder in einem statischen (d. h. kontinuierlichen) Modus extrahiert werden, oder an die Austrittsöffnung eine Extraktionsspannung kontinuierlich angelegt werden, oder in einem gepulsten Modus, wo eine Extraktionsspannung an der Austrittsöffnung 80 gepulst ist, um eine gepulste Extraktion zum Selektieren eines bestimmten Mobilitätswerts oder bestimmten Mobilitätswerten zu gestatten.The ion pulse then begins to pass through the drift space 22 as above, and the ions are separated by ion mobility as they travel through the drift space. In this mode, a gas for ion mobility separation occupies the drift space 22 , The gas may be at atmospheric pressure or reduced pressure, preferably 0.005 to 20 mbar, more preferably 0.1 to 1 mbar. The axial field within the drift tube and the drift space 22 in turn is generated by the voltage at the spiral resistance strip 62 and optionally to the outer resistance cylinder 30 is created. Radial restriction and the application of the RF voltage occur in the manner described above for the transmission mode. In this low-resolution mode, the spiral resistance strip is used 70 a voltage applied to the voltages on the strip 62 so that there is essentially no spiral potential barrier which affects the axial movement of the ions. Accordingly drift in this low-resolution Ion mobility disconnect the ions axially through the drift tube 4 and its drift space 22 on an approximately straight path (subject to some dispersion), ie between the inlet 20 and the exit opening 80 , In other words, the low resolution ion mobility separation mode provides that the ions pass through the drift tube 4 drifting in a non-spiral way. The drift time through the drift tube in the low resolution mode may typically be a few milliseconds. After separation according to the ion mobility, the ions reach the exit opening 80 to which a switchable extraction voltage of 1 to 10 V is applied in order to remove the ions from the drift tube through the outlet opening. When the outlet opening 80 is set so that the ions from the drift tube 4 through the multipole 90 Thus, the ions separated according to their ion mobility may optionally be directed to one or more further stages of processing and detection. For example, the ions may be directed to any downstream devices (not shown), e.g. B. to one or more mass filters and / or ion traps and detection. The outlet opening 80 can be operated with a switchable voltage to only pass ions of desired ion mobility to the other stages. Accordingly, the ions can pass through the exit opening 80 either in a static (ie continuous) mode, or an extraction voltage is applied to the exit port continuously, or in a pulsed mode where an extraction voltage is at the exit port 80 is pulsed to allow pulsed extraction to select a particular mobility value or specific mobility values.

Das Spektrometer der vorliegenden Erfindung kann auch in einem hochauflösenden Modus zur Ionenmobilitätstrennung betrieben werden, oder insbesondere einer Vielzahl von hochauflösenden Modi, wie nachfolgend im Detail beschrieben wird, was eine höhere Auflösung für die Ionenmobilitätstrennung liefert als der oben beschriebene niedrigauflösende Modus. Während der niedrigauflösende Modus einen geraden Trennungsweg durch das Driftrohr verwendet, benutzt der hochauflösende Modus einen spiraligen Trennweg durch das Driftrohr. Dementsprechend ist der Trennweg im Falle des hochauflösenden Modus länger, um eine größere Auftrennung von Ionen nach Ionenmobilität zu gestatten. Die Auflösung des hochauflösenden Modus kann dementsprechend höher sein als für ein herkömmliches Gradweg-Ionenmobilitätsspektrometer bei gleichen Gesamtdimensionen des Driftrohrs. Zum Beispiel könnte für einen Spalt von 5 mm und Durchmesser 50 mm ein Gewinn in der Trennungslänge > 15 bis 30 erreichen, im Vergleich zum niedrig auflösenden Modus, und daher ein Faktor x4 bis x5 an Gewinn in der Auflösung. Alternativ könnte diese Vergrößerung durch Wechsel zu einem niedrigeren Betriebsdruck (und somit einer geringeren elektrischen Feldstärke, E) erlangt werden. Niedrige Betriebsdrücke können z. B. dann günstig sein, wenn eine Ionenmobilitätsspektrometer mit einem Massenspektrometer zusammengeschaltet wird, das ein Hochvakuum erfordert. Die Driftzeit durch das Driftrohr 4 im hochauflösenden Modus kann typischerweise zwischen einigen ms bis einigen zehn ms betragen, in Abhängigkeit von den Drücken und Spannungen.The spectrometer of the present invention may also be operated in a high resolution ion mobility separation mode or, in particular, a variety of high resolution modes, as described in detail below, providing a higher resolution for ion mobility separation than the low resolution mode described above. While the low resolution mode uses a straight path through the drift tube, the high resolution mode uses a spiral path through the drift tube. Accordingly, in the case of the high resolution mode, the separation path is longer to permit greater separation of ions for ion mobility. The resolution of the high-resolution mode can accordingly be higher than for a conventional Gradweg ion mobility spectrometer with the same overall dimensions of the drift tube. For example, for a gap of 5mm and diameter 50mm, a gain in separation length> 15 to 30 could be achieved compared to the low resolution mode, and therefore a factor x4 to x5 in gain in resolution. Alternatively, this increase could be achieved by switching to a lower operating pressure (and thus a lower electric field strength, E). Low operating pressures can z. B. be favorable when an ion mobility spectrometer is connected to a mass spectrometer, which requires a high vacuum. The drift time through the drift tube 4 in the high resolution mode may typically be between a few milliseconds to a few tens of milliseconds, depending on the pressures and voltages.

Im hochauflösenden Modus wird das Spektrometer 2 zum Injizieren von Ionen und Speichern und Freisetzen des Ionenpulses aus dem Speicherraum 21 in der oben beschriebenen Weise (für den niedrigauflösenden Modus) betrieben. Der Ionenpuls beginnt dann mit der Übertragung durch den Driftraum 22 zur Trennung der Ionen nach Ionenmobilität, wenn sie durch den Driftraum wandern. In diesem Modus befindet sich ein Gas zur Ionenmobilitätstrennung in dem Driftraum 22. Das axiale Feld zum Bewegen der Ionen vom Eintrittsende des Driftrohrs 4 zum Austrittsende des Rohrs durch den Driftraum 22 wird erneut durch die an den spiraligen Widerstandsstreifen 62 und optional an den äußeren Widerstandszylinder 30 angelegten Spannung erzeugt. Die radiale Eingrenzung einschließlich der an die Drähte 50 angelegten HF-Spannung erfolgt wieder in der oben beschriebenen Weise. Jedoch wird im hochauflösenden Modus, im Gegensatz zum niedrigauflösenden Modus die Spannung der Leitelektrode oder des spiraligen Widerstandsstreifens 30 auf 2 bis 20 V angehoben, so dass eine spiralige elektrische Potentialbarriere vorhanden ist, die eine reine axiale Bewegung der Ionen begrenzt, wie nun detaillierter erläutert wird.In high-resolution mode, the spectrometer becomes 2 for injecting ions and storing and releasing the ion pulse from the storage space 21 operated in the manner described above (for the low-resolution mode). The ion pulse then begins transmission through the drift space 22 to separate ions for ion mobility as they travel through the drift space. In this mode there is a gas for ion mobility separation in the drift space 22 , The axial field for moving the ions from the entrance end of the drift tube 4 to the exit end of the tube through the drift space 22 again through the at the spiral resistance strip 62 and optionally to the outer resistance cylinder 30 applied voltage generated. The radial confinement including to the wires 50 applied RF voltage is again in the manner described above. However, in the high-resolution mode, unlike the low-resolution mode, the voltage of the conductive electrode or the spiral resistor strip becomes 30 increased to 2 to 20 V, so that there is a spiral electric potential barrier which limits a pure axial movement of the ions, as will now be explained in more detail.

Die Potentialbarriere, die durch die Spannung an dem spiraligen Widerstandsstreifen 70 erzeugt wird, ist in den 3 und 4 durch die Gleichspannungsprofildarstellungen dargestellt. 3 zeigt die Gleichspannung oder das Potential als Funktion der z-Koordinate, d. h. in der axialen Richtung entlang der Längsachse des Spektrometers, und zwar für feste radiale Bogenpositionen (d. h. feste r und φ Koordinaten). Die Positionen P1 und P2 in der z oder axialen Richtung entsprechen jeweils den axialen Positionen der Eintritts- und Austrittsenden des Speicherraums 21, d. h. angenähert den Positionen der Elektroden 31 und 32. P1 markiert auch die axiale Position des Eingangs in das Driftrohr 4 und den Driftraum 22. Die Position P3 entspricht dem Ausgang von dem Driftrohr 4 und dem Driftraum 22. Die axialen Positionen des Speicherraums 21 und des Trenndriftraums 21 sind zur weiteren Klarheit dargestellt. Ersichtlich ist ein allgemein nach unten geneigter axialer Potentialgradient entlang z (und somit ein elektrischer Feldgradient). Der abwärts geneigte axiale Gradient bewegt positiv geladene Ionen zum Ausgang des Driftrohrs, und es versteht sich, dass durch Neigung des Gradienten in der entgegengesetzten Richtung negativ geladene Ionen stattdessen zum Ausgang hin bewegt werden könnten. Der axiale Potentialgradient ist zwischen P1 und P2 im Wesentlichen linear, d. h. innerhalb des Speicherraums 21, aufgrund der Potentialdifferenz, die zwischen den Elektroden 31 und 32 über dem Widerstandszylinder 30' angelegt wird. Der axiale Potentialgradient zwischen P2 und P3 umfasst andererseits einen nach unten geneigten axialen Potentialgradienten, auf den eine Serie von Potentialhöckern aufgelagert sind, die den Umläufen der Helix entsprechen, die durch die spiralige Leitelektrode oder den Widerstandsstreifen 70 gebildet werden. In der axialen Richtung steigt, für ein festes r und φ, das Potential auf ein örtliches Maximum an (d. h. auf der Oberseite eines Höckers, von denen der erste mit 102 bezeichnet ist) an Punkten, wo der Widerstandsstreifen 70 am nächsten ist (d. h. wo er an der nahen Seite des Zylinders 60 verläuft). Die Minima zwischen den Höckern, dessen erster mit 104 bezeichnet ist, entsprechen Punkten in der axialen Richtung oberhalb des Streifens 62, wo der Widerstandsstreifen 70 am weitesten entfernt ist.The potential barrier caused by the voltage across the spiral resistance strip 70 is generated in the 3 and 4 represented by the DC profile representations. 3 shows the DC voltage or potential as a function of the z-coordinate, ie in the axial direction along the longitudinal axis of the spectrometer, for fixed radial arc positions (ie, fixed r and φ coordinates). The positions P1 and P2 in the z or axial direction respectively correspond to the axial positions of the entrance and exit ends of the storage space 21 , ie approximated to the positions of the electrodes 31 and 32 , P1 also marks the axial position of the entrance into the drift tube 4 and the drift room 22 , Position P3 corresponds to the exit from the drift tube 4 and the drift space 22 , The axial positions of the storage space 21 and the separation drift space 21 are shown for further clarity. Evident is a generally downwardly inclined axial potential gradient along z (and thus an electric field gradient). The downwardly inclined axial gradient moves positively charged ions to the exit of the drift tube, and it is understood that by inclining the gradient in the opposite direction, negatively charged ions will instead exit could be moved. The axial potential gradient is substantially linear between P1 and P2, ie within the storage space 21 , due to the potential difference between the electrodes 31 and 32 over the resistance cylinder 30 ' is created. The axial potential gradient between P2 and P3, on the other hand, includes a downwardly sloping axial potential gradient onto which is superimposed a series of potential bumps corresponding to the turns of the helix passing through the spiral conducting electrode or strip 70 be formed. In the axial direction, for a fixed r and φ, the potential increases to a local maximum (ie on the top of a bump, the first one with 102 is designated) at points where the resistance strip 70 is closest (ie where he is on the near side of the cylinder 60 runs). The minima between the humps, whose first with 104 are designated correspond to points in the axial direction above the strip 62 where the resistance strip 70 farthest away.

4 zeigt die Gleichspannung oder das Potentialprofil in der Bogen- oder Winkelrichtung φ für eine feste radiale und axiale Position (d. h. feste r und z Koordinaten), wenn die gleichen Spannungen an die Streifen 33 bis 35 angelegt werden, so dass eine etwaige bogenförmige Potentialverteilung nur von den Streifen 62 und 70 kommt. Es ist ersichtlich, dass das Potential um die Winkelrichtung φ, für feste r und z, zu einem örtlichen Maximum ansteigt, mit 106 bezeichnet, an dem Punkt, wo der Widerstandsstreifen 70 am nächsten ist (d. h., wo er an der nahen Seite des Zylinders 60 ist). Das Potential um die Winkelrichtung φ für festes r und z fällt auf ein örtliches Minimum ab, mit 108 bezeichnet, an dem Punkt oberhalb des Streifens 62, wo der Widerstandsstreifen 70 am weitesten entfernt ist (d. h., wo er an der fernen Seite des Zylinders 60 ist). 4 shows the DC voltage or potential profile in the arcuate or angular direction φ for a fixed radial and axial position (ie, fixed r and z coordinates) when the same voltages are applied to the strips 33 to 35 be applied, so that any possible arc-shaped potential distribution only from the strips 62 and 70 comes. It can be seen that the potential increases by the angular direction φ, for fixed r and z, to a local maximum 106 indicated at the point where the resistance strip 70 is closest (ie, where he is on the near side of the cylinder 60 is). The potential around the angular direction φ for fixed r and z drops to a local minimum, with 108 at the point above the strip 62 where the resistance strip 70 farthest away (ie, where he is on the far side of the cylinder 60 is).

Wenn sich die Ionen, dem axialen Feldgradienten folgend, in der axialen Richtung von dem Speicherabschnitt 21 weg in den Driftraum 22 bewegen, nähern sie sich der ersten Potentialbarriere in der Form des ersten Potentialhöckers 102 in 3 an. Dies entspricht der Annäherung an den spiraligen Widerstandsstreifen 70. Diese Potentialbarriere entspricht auch dem Maximum 106 auf der Darstellung von 4. Die Ionen können die Barriere nicht überqueren und folgen stattdessen dem niedrigsten Potentialweg, der durch das Minimum 108 in 4 erzeugt wird und werden so in der Bogenrichtung φ betrieben. Die kombinierte axiale und bogenförmige Bewegung resultiert in einer spiraligen Bewegung der Ionen um die innere Elektrodenbaugruppe 40 herum, wenn die Ionen der durch den Widerstandsstreifen 70 erzeugten Potentialbarriere folgen. Wenn die Ionen auf dem spiraligen Weg wandern, werden sie gemäß ihrer Ionenmobilität getrennt. Die Spiralbewegung erhöht somit wesentlich die Weglänge der Trennung nach der Ionenmobilität, im Vergleich zum geraden Durchgangsweg. Der Widerstandsstreifen 70 und somit die hierdurch erzeugte Potentialbarriere endet am Ausgang von dem Driftrohr, so dass die Ionen schließlich die Austrittsöffnung 80 erreichen, an die die schaltbare Extraktionsspannung angelegt wird und die wie oben beschrieben betreibbar ist. Wenn die Austrittsöffnung 80 so eingestellt ist, dass die Ionen aus dem Driftrohr 40 und durch das Multipol 90 treten können, können die Ionen, die gemäß ihrer Ionenmobilität getrennt wurden, zu optional einer oder mehreren weiteren Stufen der Bearbeitung und/oder Detektion gelangen, wie oben beschrieben. Die Austrittsöffnung 80 kann mit einer schaltbaren Extraktionsspannung betrieben werden, um nur Ionen einer gewünschten Ionenmobilität zu den weiteren Stufen zu schleusen.When the ions follow the axial field gradient in the axial direction from the storage section 21 away in the drift room 22 move, approach the first potential barrier in the form of the first potential bump 102 in 3 at. This corresponds to the approach to the spiral resistance strips 70 , This potential barrier also corresponds to the maximum 106 on the presentation of 4 , The ions can not cross the barrier and instead follow the lowest potential path through the minimum 108 in 4 is generated and are thus operated in the arc direction φ. The combined axial and arcuate motion results in a helical movement of the ions around the inner electrode assembly 40 around when the ions pass through the resistive strip 70 follow generated potential barrier. As the ions travel on the spiral path, they are separated according to their ion mobility. The spiral movement thus substantially increases the path length of the separation according to the ion mobility, compared to the straight passageway. The resistance strip 70 and thus the potential barrier created thereby ends at the exit from the drift tube, so that the ions eventually exit the outlet 80 reach, to which the switchable extraction voltage is applied and which is operable as described above. When the outlet opening 80 is set so that the ions from the drift tube 40 and through the multipole 90 The ions separated according to their ion mobility may optionally undergo one or more further stages of processing and / or detection, as described above. The outlet opening 80 can be operated with a switchable extraction voltage to only pass ions of a desired ion mobility to the other stages.

Der hochauflösende Modus wird bevorzugt mit einem rotierenden bogenförmigen elektrischen Feld betrieben, das in dem Driftrohr anliegt. In diesem Fall folgt dies mit den Ektroden oder Streifen für ein bogenförmiges Feld 3335, die betrieben werden, wenn sich die Ionen entlang dem spiraligen Weg durch das Driftrohr bewegen. Die leitfähigen Streifen 3335 werden in diesem Modus derart betrieben, dass an diese unabhängig 5 bis 50 Volt angelegt werden, so dass sie ein Betreiben des bogenförmiges elektrisches Feld erzeugen (d. h. ein Feld in der Bogenrichtung), um Ionen in dem bogenfömigen elektrischen Feld in der Bogenrichtung anzutreiben, d. h., in der gleichen Bogenrichtung wie der, der sie in dem spiraligen Weg folgen. Das antreibende bogenförmige elektrische Feld wird bevorzugt so vorgesehen, dass es einen Sektor (d. h. in der Bogenrichtung) von weniger als 360°, z. B. 240° überspannt. Dies kann man erreichen, indem geeignete Spannungen an die Streifen 3335 angelegt werden, d. h. mit der höchsten Spannung an den Streifen 33, der niedrigsten an 35 und einer zwischenliegenden an 34. Jedoch wird das antreibende bogenförmige Feld bevorzugt progressiv in der Bogenrichtung angelegt (d. h. es bewegt sich in der Bogenrichtung durch fortschreitendes Anlegen von Spannungen an die Streifen 3335), so dass das bogenförmige Feld in der Bogenrichtung rotiert. Die Winkel- oder Drehgeschwindigkeit (d. h. in der Bogenrichtung) dieses rotierenden antreibenden bogenförmigen Felds ist bevorzugt mit der Winkel- oder Drehgeschwindigkeit der Ionen der gewählten Ionenmobilität K synchronisiert, so dass sich die Ionen durch das Driftrohr entlang dem spiraligen Weg bewegen, wohingegen Ionen einer anderen Ionenmobilität außer Phase mit dem fortschreitenden bogenförmigen Feld gelangen und demzufolge verlangsamt werden können oder im Spektrometer verlorengehen, wie nachfolgend detaillierter beschrieben. Somit werden die Ionen der gewählten Ionenmobilität K um die innere Elektrodenbaugruppe 40 herum (d. h. um die Drähte 50 herum) in dem bogenförmigen Feld driften, und sie unterliegen immer dem optimalen elektrischen Feld E, um die Ionen in der Bogenrichtung zu treiben. Zum Beispiel unterliegen Ionen, die der inneren Elektrodenbaugruppe 40 und den Drähten 50 näher sind einem kleineren bogenförmigen Feld, wo sie auf einem kleineren Radius r angeordnet sind, so dass sie im Wesentlichen die gleiche Winkel- oder Rotationsgeschwindigkeit erlangen wie Ionen, die von der inneren Elektrodenbaugruppe 40 und den Drähten 50 weiter entfernt sind, aber einem größeren bogenförmigen Feld unterliegen. Darüberhinaus wird über den Verlauf von mehreren radialen Oszillationen jegliche Differenz der Winkelgeschwindigkeit zwischen den Ionen der gleichen Mobilität und ähnlichem m/z ausgemittelt.The high resolution mode is preferably operated with a rotating arcuate electric field applied in the drift tube. In this case, this is done with the electrodes or strips for an arcuate field 33 - 35 which are operated as the ions move along the spiral path through the drift tube. The conductive stripes 33 - 35 are operated in this mode to apply to them independently 5 to 50 volts so as to generate an operation of the arcuate electric field (ie, a field in the arc direction) to drive ions in the arcuate electric field in the arc direction, ie in the same arc direction as the one they follow in the spiral path. The driving arcuate electric field is preferably provided to have a sector (ie, in the arc direction) of less than 360 °, e.g. B. spans 240 °. This can be achieved by applying appropriate voltages to the strips 33 - 35 be created, ie with the highest voltage on the strip 33 , the lowest one 35 and an intermediate one 34 , However, the driving arcuate field is preferably applied progressively in the arc direction (ie, it moves in the arc direction by progressively applying stresses to the strips 33 - 35 ) so that the arcuate field rotates in the arc direction. The angular or rotational velocity (ie, in the arc direction) of this rotating driving arcuate field is preferably synchronized with the angular or rotational velocity of the ions of the selected ion mobility K, so that the ions travel along the spiral path through the drift tube, whereas ions move one another Ion mobility out of phase with the progressing arcuate field and thus may be slowed or lost in the spectrometer, as described in more detail below. Thus, the ions of the selected ion mobility K become around the inner electrode assembly 40 around (ie around the wires 50 around) in the arcuate field, and they are always subject to the optimum electric field E to drive the ions in the arc direction. For example, ions, that of the internal electrode assembly 40 and the wires 50 are closer to a smaller arcuate field where they are located at a smaller radius r such that they acquire substantially the same angular or rotational velocity as ions coming from the inner electrode assembly 40 and the wires 50 are further away, but subject to a larger arcuate field. Moreover, over the course of several radial oscillations, any difference in angular velocity between ions of the same mobility and similar m / z is averaged out.

Der hochauflösende Modus kann mit Ionenfilterung betrieben werden, so dass nur Ionen mit gewählter Ionenmobilität durch das Spektrometer hindurchgelassen werden, während andere Ionen ausgefiltert werden. Wenn im hochauflösenden Filtermodus das antreibende bogenförmige elektrische Feld, das durch die Elektroden für ein bogenförmiges Feld angelegt wird, einen Sektor von weniger als 360° überspannt, so dass es z. B. 240° überspannt, ist das elektrische Feld in dem verbleibenden Sektor, z. B. den verbleibenden 120°, bevorzugt ein defokussierendes Feld, so dass Ionen in diesem verbleibenden Sektor an den Außenwänden des Driftrohrs 4, d. h. an dem Außenzylinder 30, verlorengehen. Bevorzugt ist das elektrische Feld in dem verbleibenden Sektor, z. B. den verbleibenden 120°, bevorzugt in der entgegengesetzten Richtung orientiert, und/oder Spannungen werden an die Streifen 3335 derart angelegt (z. B. die Gleichspannung an dem Streifen in dem verbleibenden Sektor ist niedriger als die Gleichspannung an der inneren Elektrodenbaugruppe 40), dass Ionen in diesem verbleibenden Sektor einem defokussierenden Feld unterliegen (d. h. von der inneren Elektrodenbaugruppe 40 weg) und an dem Außenzylinder 30 verlorengehen. Die Gleichspannung an dem Streifen in dem verbleibenden Sektor kann z. B. niedriger gemacht werden als die gemeinsame Gleichspannung an den HF Drähten 50 und den Streifen 62, 70 der inneren Elektrodenbaugruppe 40. Die 5 und 6 zeigen die Gesamt- und Gleichspannungs-Potentialprofile entlang der radialen Richtung r an einer festen axialen (z) Position für den Sektor, wo das antreibende bogenförmige Feld vorhanden ist, und den Sektor, wo das defokussierende Feld vorhanden ist. Mit anderen Worten, der Sektor, wo das antreibende bogenförmige Feld vorhanden ist, ist dort, wo die Ionen in Phase mit dem antreibenden bogenförmigen Feld sind, und der Sektor, wo das defokussierende Feld vorhanden ist, ist dort, wo die Ionen außer Phase mit dem antreibenden bogenförmigen Feld sind. In den 5 und 6 bezeichnet R1 die Oberfläche der inneren Elektrodenbaugruppe 40, und R2 bezeichnet die Position des Außenzylinders 30. In Bezug auf 5, die beschreibt, wo das antreibende bogenförmige Feld vorhanden ist, kann man sehen, dass die Gleichspannungspotentialverteilung (durchgehende Linie) in der radialen Richtung die Wirkung hat, die Ionen zur inneren Elektrodenbaugruppe 40 hin zu begrenzen, aber der Effekt des HF an den Drähten 50 ist so, dass die gesamte Potentialverteilung (gepunktete Linie) verhindert, dass die Ionen tatsächlich auf die innere Elektrodenbaugruppe 40 treffen. Dementsprechend werden die Ionen im radialen Bereich zwischen dem Außenzylinder 30 und der inneren Elektrodenbaugruppe 40 eingegrenzt. In Bezug auf 6, die beschreibt, wo das defokussierende Feld vorhanden ist (d. h., wo das antreibende bogenförmige Feld nicht vorhanden ist), kann man sehen, dass die Gleichspannungspotentialverteilung (durchgehende Linie) und die gesamte Potentialverteilung (gepunktete Linie) in der radialen Richtung die Wirkung haben, die Ionen radial auswärts zum Außenzylinder 30 zu ziehen, so dass die Ionen in diesem Sektor am Außenzylinder verlorengehen.The high-resolution mode can be ion-filtered so that only ions of selected ion mobility are transmitted through the spectrometer while other ions are filtered out. In the high-resolution filtering mode, when the driving arcuate electric field applied by the arcuate field electrodes spans a sector of less than 360 ° such that it is e.g. B. spans 240 °, the electric field in the remaining sector, z. B. the remaining 120 °, preferably a defocusing field, so that ions in this remaining sector on the outer walls of the drift tube 4 ie on the outer cylinder 30 , get lost. Preferably, the electric field is in the remaining sector, e.g. B. the remaining 120 °, preferably oriented in the opposite direction, and / or voltages are applied to the strips 33 - 35 (eg, the DC voltage on the strip in the remaining sector is lower than the DC voltage on the inner electrode assembly 40 ) that ions in this remaining sector are subject to a defocusing field (ie from the inner electrode assembly) 40 away) and on the outer cylinder 30 get lost. The DC voltage on the strip in the remaining sector may be e.g. B. be made lower than the common DC voltage to the RF wires 50 and the strip 62 . 70 the inner electrode assembly 40 , The 5 and 6 show the total and DC potential profiles along the radial direction r at a fixed axial (z) position for the sector where the driving arcuate field is present and the sector where the defocusing field exists. In other words, the sector where the driving arcuate field exists is where the ions are in phase with the driving arcuate field, and the sector where the defocusing field exists is where the ions are out of phase with are the driving arcuate field. In the 5 and 6 R1 indicates the surface of the inner electrode assembly 40 , and R2 indicates the position of the outer cylinder 30 , In relation to 5 describing where the driving arcuate field is present, it can be seen that the DC potential distribution (solid line) in the radial direction has the effect of causing the ions to the internal electrode assembly 40 to limit, but the effect of HF on the wires 50 is such that the entire potential distribution (dotted line) actually prevents the ions from reaching the inner electrode assembly 40 to meet. Accordingly, the ions in the radial region between the outer cylinder 30 and the inner electrode assembly 40 limited. In relation to 6 which describes where the defocusing field exists (ie, where the driving arcuate field is not present), it can be seen that the DC potential distribution (solid line) and the entire potential distribution (dotted line) in the radial direction have the effect of the ions radially outward to the outer cylinder 30 so that the ions in this sector are lost on the outer cylinder.

Der hochauflösende Modus kann alternativ mit Trapping (Einfangen) betrieben werden, so dass Ionen, die eine solche Ionenmobilität haben, dass sie langsamer sind als das rotierende bogenförmige elektrische Feld, nichtsdestoweniger in dem Driftrohr gefangen bleiben. Dieser Modus kann hierin als Drehwellenmodus bezeichnet werden. Die Ionen können in dem Driftrohr gefangen bleiben, z. B. bis sich die Drehgeschwindigkeit des bogenförmigen Felds so geändert hat, bis sie der Drehgeschwindigkeit der gefangenen Ionen einer weiteren gewählten Ionenmobilität entspricht, d. h. nachdem die Ionen der ersten gewählten Ionenmobilität durch das Driftrohr hindurchgelassen wurden, und daher anschließend Ionen, die eine weitere gewählte Ionenmobilität haben, durch das Driftrohr durchlassen.The high resolution mode may alternatively be trapped so that ions having such ion mobility that they are slower than the rotating arcuate electric field nevertheless remain trapped in the drift tube. This mode may be referred to herein as a rotary shaft mode. The ions can remain trapped in the drift tube, e.g. Until the rotational speed of the arcuate field has changed until it corresponds to the rotational velocity of the trapped ions of another selected ion mobility, i. H. after the ions of the first selected ion mobility have passed through the drift tube, and thereafter thereafter pass ions having a further selected ion mobility through the drift tube.

Es sollte angemerkt werden, dass sich in den obigen Ausführungen Ionen mit unterschiedlichen m/z auf unterschiedlichen Radien bewegen, weil das Quasipotential des HF-Felds massenabhängig ist, das Gleichspannungspotential aber nicht.It should be noted that in the above embodiments, ions of different m / z move at different radii because the quasi-potential of the RF field is mass-dependent but the DC potential is not.

Um den Tastzyklus des Instruments zu verbessern, könnte das Injizieren in das Ionenmobilitätsspektrometer in der gleichen Phase von jedem aufeinanderfolgenden Zyklus des Bogenfelds erfolgen. In diesem Fall ist das Fangen im Speicherraum 21 nicht notwendig und könnte ersetzt werden, indem man einfach die Stärke des axialen Felds, das zwischen Elektroden 31, 32 im Speicherabschnitt gebildet ist, durch niedrige und hohe Einstellungen zyklisch macht, um das Injizieren von Ionen in den Driftraum 22 des Driftraums 4 zu pulsen.In order to improve the tactile cycle of the instrument, injection into the ion mobility spectrometer could occur in the same phase of each successive cycle of the arc field. In this case, trapping is in storage space 21 not necessary and could be replaced simply by the strength of the axial field between electrodes 31 . 32 formed in the memory section, cycled through low and high settings, to inject ions into the drift space 22 of the drift space 4 to pulse.

Nachdem die Ionen durch die Austrittsöffnung 80 extrahiert worden sind, können sie zu einer oder mehreren weiteren Stufen der Ionenverarbeitung (z. B. Massenspektrometrie, wie etwa Massenfilterung oder Massenanalyse, mit oder ohne Ionenfragmentierung) und/oder Detektion fortfahren. Nachdem, in dem in 1 gezeigten Beispiel, die Ionen extrahiert sind, werden sie vom Ionenleiter 90 in der Form eines Multipolleiters (bevorzugt eines Quadropols) geleitet, der die Ionen zu einem stromabwärtigen Massenspektrometer (in 1 nicht gezeigt) liefert. Das Ionenmobilitätsspektrometer gemäß der vorliegenden Erfindung kann z. B. in verschiedenen Hybridinstrumentkonfigurationen verwendet werden, wie etwa IMS/MS oder IMS/MS/MS oder IMS/(MS)n, wobei IMS eine Stufe der Ionenmobilitätsspektrometer und MS eine Stufe der Massenspektrometrie bezeichnet. Die Stufen der Massenspektrometrie können ein oder mehrere Massenspektrometertypen verwenden, wie etwa: Flugzeit (TOF), Ionenfalle (z. B. 3D Ionenfalle oder lineare Ionenfalle), Magnetsektor, Quadrupol, Multipol und Fouriertransformations-Massenspektrometer (FTMS), wie etwa FT-ICR oder einen OrbitrapTM-Massenanalysator. Die IMS/MS/MS Kombinationen sind bevorzugt etwa: IMS/Q/Trap oder IMS/Q/OrbitrapTM wobei Trap eine Ionenfalle bezeichnet, Q einen Quadrupolmassenfilter bezeichnet und OrbitrapTM einen OrbitrapTM-Massenanalysator bezeichnet. Das Ionenmobilitätsspektrometer gemäß der vorliegenden Erfindung ist ideal zur Verwendung mit Ionenfallenanalysatoren, einschließlich eines OrbitrapTM-Massenanalysators.After the ions through the outlet 80 may be extracted at one or more further stages of ion processing (eg, mass spectrometry, such as mass filtering or Mass analysis, with or without ion fragmentation) and / or detection. After that, in the 1 For example, ions extracted are taken from the ionic conductor 90 in the form of a multipolleiter (preferably a quadrupole) which transfers the ions to a downstream mass spectrometer (in 1 not shown). The ion mobility spectrometer according to the present invention may e.g. In different hybrid instrument configurations, such as IMS / MS or IMS / MS / MS or IMS / (MS) n , where IMS denotes a stage of the ion mobility spectrometer and MS a stage of mass spectrometry. The stages of mass spectrometry may use one or more types of mass spectrometers, such as: time of flight (TOF), ion trap (eg, 3D ion trap or linear ion trap), magnetic sector, quadrupole, multipole, and Fourier transform mass spectrometer (FTMS), such as FT-ICR or an Orbitrap mass analyzer. The IMS / MS / MS combinations are preferably about: IMS / Q / trap or IMS / Q / Orbitrap where trap denotes an ion trap, Q denotes a quadrupole mass filter and Orbitrap denotes an Orbitrap mass analyzer. The ion mobility spectrometer according to the present invention is ideal for use with ion trap analyzers, including an Orbitrap mass analyzer.

7 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführung eines IMS/MS/MS Instruments, wobei das IMS das Ionenmobilitätsspektrometer gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist. Die Ionenquelle ist bevorzugt eine Quelle wie etwa eine ESI-Quelle oder eine MALDI Quelle, insbesondere für biologische Proben, einschließlich Proteingemischen. Die von der Quelle in das IMS eingeführten Ionen werden von dem IMS wie hierin beschrieben separiert, z. B. gemäß entweder der niedrigauflösenden oder hochauflösenden Modi, und werden dann in den Quadrupolmassenfilter (Q) geleitet, der wieder als Massenfilter oder nur im HF Modus betrieben werden kann, worin keine Massenfilterung erfolgt. Vom Quadrupolmassenfilter können die Ionen in ein hochauflösendes Massenspektrometer geleitet werden, in diesem Beispiel einen OrbitrapTM-Massenanalysator. In einem bekannten Schritt werden die Ionen zuerst von dem Quadrupol in eine gekrümmte Linearfalle (C-Falle) zur gepulsten Injektion in den OrbitrapTM-Massenanalysator geleitet. Optional können die Ionen von der C-Falle zu einer Kollisionszelle (CC) zur Fragmentierung geschickt werden und die fragmentierten Ionen können von der C-Falle zum Injizieren in den OrbitrapTM-Massenanalysator zurückgeschickt werden. 7 schematically shows a preferred embodiment of an IMS / MS / MS instrument, wherein the IMS comprises the ion mobility spectrometer according to the present invention. The ion source is preferably a source such as an ESI source or a MALDI source, especially for biological samples, including protein mixtures. The ions introduced into the IMS from the source are separated by the IMS as described herein, e.g. In accordance with either the low resolution or high resolution modes, and then passed into the quadrupole mass filter (Q), which may again be operated as a mass filter or only in RF mode, where no mass filtering occurs. From the quadrupole mass filter, the ions can be directed into a high resolution mass spectrometer, in this example an Orbitrap mass analyzer. In a known step, the ions are first passed from the quadrupole into a curved linear trap (C trap) for pulsed injection into the Orbitrap mass analyzer. Optionally, the ions may be sent from the C trap to a collision cell (CC) for fragmentation and the fragmented ions may be returned from the C trap for injection into the Orbitrap mass analyzer.

Alternativ können die aus dem Ionenmobilitätsspektrometer austretenden Ionen von einem Ionendetektor detektiert werden, der nach der Austrittsöffnung vom Ionenmobilitätsspektrometer angeordnet ist, d. h. ohne weitere Bearbeitung.Alternatively, the ions exiting the ion mobility spectrometer may be detected by an ion detector positioned after the exit aperture of the ion mobility spectrometer, i. H. without further processing.

In einem Typ des Betriebsmodus kann ein Massenspektrometer dazu eingerichtet sein, von dem IMS extrahierte Ionen mit gewählter Mobilität zu detektieren, die eine oder eine begrenzte Anzahl von m/z Werten haben, so dass das Instrument hierdurch einen Ionen-spezifischen Detektor ergibt. In einem besonders typischen Betriebsmodus erhält man ein Massenspektrum mit einem Massenspektrometer für jeden engen Bereich von Ionenmobilität, die von dem IMS übertragen werden (d. h. für jeden Ionenmobilitätspeak). Für diesen letzteren Modus wird bevorzugt die Extraktion der Ionen aus dem 'MS gepulst, bevorzugt mit einer Verzögerung zwischen den Pulsen entsprechend der Driftzeit zwischen den Ionenmobilitätspeaks. Die Pulse von extrahierten Ionen werden dann jeweils massenanalysiert, um ein Massenspektrum zu erzeugen, um hierdurch potentiell einen einzigen Ionenmobilitätspeak in seine m/z-Komponenten aufzulösen.In one type of operating mode, a mass spectrometer may be configured to detect ions of selected mobility extracted from the IMS having one or a limited number of m / z values, thereby giving the instrument an ion-specific detector. In a particularly typical mode of operation, a mass spectrum is obtained with a mass spectrometer for any narrow range of ion mobility transmitted by the IMS (i.e., for each ion mobility peak). For this latter mode, extraction of the ions from the MS is preferably pulsed, preferably with a delay between the pulses corresponding to the drift time between the ion mobility peaks. The pulses of extracted ions are then each mass analyzed to generate a mass spectrum, thereby potentially dissolving a single ion mobility peak into its m / z components.

In einem bevorzugten Betriebsmodus wird das Ionenmobilitätsspektrometer 2 im hochauflösenden Filterungsmodus betrieben, wie oben beschrieben, so dass es Ionen mit nur einem engen Bereich von Ionenmobilitäten K durchlässt, gleichwohl mit einem hohen Tastzyklus. In Bezug auf 8 ist dieser enge Bereich von Ionenmobilitäten K (d. h. zwischen den gepunkteten Linien in der Figur) auf einer Mobiltiät/Massen-Darstellung von K gegen m/z gezeigt. Ein anschließender Massenanalysator, wie etwa eine Ionenfalle, empfängt die Ionen im engen Bereich von Ionenmobilitäten und führt eine Massenanalyse durch, d. h. einen m/z-Scan. Zum Beispiel kann unter Verwendung des in 7 gezeigten Hybridinstruments der Quadrupolmassenfilter (Q) nur im HF Modus betrieben werden, so dass er keine Massenfilterung durchführt, und dann werden die Ionen im engen Mobilitätsbereich in der C-Falle gespeichert und in den OrbitrapTM Massenanalysator injiziert, um darin eine Massenanalyse durchzuführen. Anschließende Scans von dem Ionenmobilitätsspektrometer zum Übertragen von weiteren Bereichen von Ionenmobilitäten K werden dann durchgeführt, und es wird eine Massenanalyse für jeden Mobilitätsscan durchgeführt, so dass ein zweidimensionales (2D) Mobilität/Massen-Diagramm erhalten werden kann, wie es in 8 gezeigt ist. Bereiche des Mobiltiät/Massen-Darstellung, wo Ionenspezies detektiert werden, sind in der Figur mit schattierten Bändern gezeigt. Unter Verwendung der bekannten Korrelation zwischen K und m/z, wie in 8 gezeigt, könnte die Analysegeschwindigkeit durch Kombinieren von verschiedenen K-Werten in einem Massenspektrum erhöht werden, z. B. durch Akkumulieren von Ionen mit verschiedenen K-Werten in der C-Falle, bevor diese zusammen in dem OrbitrapTM Massenanalysator analysiert werden. Zusätzlich könnte, wie oben beschrieben, eine Fragmentierung in einer Kollisionszelle dazu verwendet werden, Fragmente von gewählten Ionen zu erzeugen.In a preferred mode of operation, the ion mobility spectrometer 2 is operated in high resolution filtering mode, as described above, so as to transmit ions with only a narrow range of ion mobilities K, but with a high duty cycle. In relation to 8th This narrow range of ion mobilities K (ie between the dotted lines in the figure) is shown on a mobility / mass plot of K versus m / z. A subsequent mass analyzer, such as an ion trap, receives the ions in the narrow range of ion mobilities and performs mass analysis, ie, an m / z scan. For example, using the in 7 4, the quadrupole mass filter (Q) is operated only in the RF mode so that it does not mass-filter, and then the ions in the narrow mobility range are stored in the C trap and injected into the Orbitrap mass analyzer for mass analysis therein. Subsequent scans from the ion mobility spectrometer to transmit further ranges of ion mobilities K are then performed and mass analysis is performed for each mobility scan so that a two-dimensional (2D) mobility / mass plot can be obtained as shown in FIG 8th is shown. Areas of the mobility / mass representation where ion species are detected are shown in the figure with shaded bands. Using the known correlation between K and m / z, as in 8th shown, the analysis speed could be increased by combining different K values in a mass spectrum, e.g. By accumulating ions of different K values in the C trap before they are analyzed together in the Orbitrap mass analyzer. In addition, as described above, fragmentation in a collision cell could be used to generate fragments of selected ions.

Ein anderes bevorzugtes Verfahren ist in Bezug auf 8 dargestellt. In dieser sogenannten gekoppelten Scan-Methode (linked-scan method) erlaubt sie die Selektion nur von Ionen eines bestimmten Typs oder von bestimmten Typen, z. B. von gewählten Ladungszuständen, was den Dynamikbereich der Analyse von komplexen Gemischen stark verbessern kann, und die Analyse von analytisch nutzlosen Ionen vermeidet (z. B. einfach geladene und Polymerionen im Falle von Peptidgemischen). In dieser gekoppelten Scan-Methode wird ein Massenfilter, wie etwa der Quadrupolmassenfilter in 7, rasch gleichzeitig mit dem Mobilitätsscan durch das IMS gescannt, so dass nur Ionen eines definierten Mobilität/Massen-Verhältnisses oder solchen, die auf einer definierten Kurve auf einem Mobilität/Massen-Diagramm liegen, in den nachfolgenden Massenanalysator gelassen werden, wie etwa z. B. im OrbitrapTM Analysator von 7. Vor letzteren Massenanalysestufe werden die Ionen, die nach dem definierten Mobilität/Massen-Verhältnis selektiert wurden, bevorzugt akkumuliert, besonders bevorzugt in einer Ionenfalle, z. B. der C-Falle in 7. Die akkumulierten Ionen können dann von der Ionenfalle in den Massenanalysator freigesetzt werden. In 9 ist zwischen den gepunkteten Linien ein repräsentatives Mobilität/Massen-Verhältnis gezeigt, das in der Ionenfalle in einem Scan akkumuliert wird. Wie erwähnt, können am Ende des Scans alle der akkumulierten Ionen nach der Masse analysiert werden, z. B. in den OrbitrapTM-Analysator injiziert werden und das Massenspektrum erfasst werden. Bei einem solchen Vorgang kann ein hochauflösendes Massenspektrum, wie etwa mit einem OrbitrapTM-Analysator erhalten, erhalten werden, das nur interessierende Ionen enthält (z. B. 2- oder 3-fach geladene Ionen, oder nur Glycopeptide, etc.), und daher wird die Raumladungskapazität der Falle vollständig ausgenutzt. In ähnlicher Weise können ein oder mehrere nachfolgende Scans bei anderen Mobilität/Massen-Verhältnissen vorgenommen werden. Die Massenauflösung des Massenfilters könnte ähnlich jenem des IMS ausgewählt werden, so dass der gesamte Tastzyklus respektabel bleibt (z. B. 1–2%). In Anpassung an die Wiederholrate des Orbitrap Analysators sollte der gesamte Scan 50 bis 1000 ms, in Abhängigkeit von den erforderlichen Auflösungen im IMS und Quadrupol dauern. Zusätzlich könnten bestimmte gewählte m/z in einer optionalen Kollisionszelle fragmentiert werden, um Fragmente zur Überprüfung eines entsprechenden Vorläuferions zu erzeugen. Another preferred method is with respect to 8th shown. In this so-called coupled scan method (linked-scan method) it allows the selection of only ions of a certain type or of certain types, eg. Of selected charge states, which can greatly enhance the dynamic range of analysis of complex mixtures, and avoids the analysis of analytically useless ions (eg, singly charged and polymer ions in the case of peptide mixtures). In this coupled scan method, a mass filter, such as the quadrupole mass filter in FIG 7 , rapidly scanned simultaneously with the mobility scan by the IMS, so that only ions of a defined mobility / mass ratio or those lying on a defined curve on a mobility / mass diagram are allowed to enter the subsequent mass analyzer, such as e.g. In the Orbitrap analyzer of 7 , Prior to the latter mass analysis step, the ions selected according to the defined mobility / mass ratio are preferably accumulated, more preferably in an ion trap, e.g. B. the C-trap in 7 , The accumulated ions can then be released from the ion trap into the mass analyzer. In 9 For example, a representative mobility / mass ratio is shown between the dotted lines accumulated in the ion trap in a scan. As mentioned, at the end of the scan, all of the accumulated ions can be mass analyzed, e.g. B. injected into the Orbitrap analyzer and the mass spectrum are detected. In such a process, a high resolution mass spectrum, such as obtained with an Orbitrap analyzer, can be obtained which contains only ions of interest (e.g., 2- or 3-fold charged ions, or only glycopeptides, etc.), and therefore, the space charge capacity of the trap is fully utilized. Similarly, one or more subsequent scans may be made at other mobility / mass ratios. The mass resolution of the mass filter could be selected similar to that of the IMS so that the entire duty cycle remains respectable (eg 1-2%). In order to match the repetition rate of the Orbitrap analyzer, the total scan should take 50 to 1000 ms, depending on the required resolutions in the IMS and quadrupole. In addition, certain selected m / z could be fragmented in an optional collision cell to generate fragments for verification of a corresponding precursor ion.

Es könnten natürlich auch andere Instrumentenkonfigurationen als die in 7 gezeigte Konfiguration in Betracht gezogen werden, z. B. eine Q-IMS-TOF Konfiguration, insbesondere eine solche Konfiguration, die eine Zelle zum Fragmentieren von Ionen des gleichen m/z, aber unterschiedlicher Mobilität enthält. Anstelle eines Quadrupols könnten auch andere schnelle Massenselektoren verwendet werden, z. B. basierend auf Resonanztrennung auf Flugzeit, wie in den mitanhängigen Anmeldungen mit den Anmeldungsnummern GB 1020038.4 und GB 1020039.2 des Anmelders beschrieben.Of course, there could be other instrument configurations than those in 7 shown configuration may be considered, for. A Q-IMS-TOF configuration, especially such a configuration that contains a cell for fragmenting ions of the same m / z but different mobility. Instead of a quadrupole, other fast mass selectors could be used, e.g. Based on resonance separation on time of flight, as in the co-pending applications with the application numbers GB 1020038.4 and GB 1020039.2 described by the applicant.

Es versteht sich im Hinblick auf das Betriebsprinzip der vorliegenden Erfindung, dass das Spektrometer entgegengesetzt herum zu der gezeigten besonderen bevorzugten Ausführung konstruiert sein könnte, d. h. nämlich mit einer an der Innenoberfläche der Außenelektrode 30 angeordneten sprialigen Elektrode 70 und radial einwärts davon, aber in der Nähe der Innenoberfläche dieser Außenelektrode angeordnete HF-Elektroden 50. Die Elektroden für ein bogenförmiges Feld 3335 könnten in diesem Fall an der Oberfläche der inneren Elektrodenbaugruppe 40 angeordnet werden. Solchen Ausführungen müsste die Richtung des Gleichspannungsfelds in der radialen Richtung in Bezug auf die beschriebene umgedreht werden.It is understood, in view of the principle of operation of the present invention, that the spectrometer could be constructed opposite to the particular preferred embodiment shown, ie with one on the inner surface of the outer electrode 30 arranged sprialigen electrode 70 and radially inward thereof, but RF electrodes disposed near the inner surface of this outer electrode 50 , The electrodes for an arcuate field 33 - 35 could in this case be on the surface of the inner electrode assembly 40 to be ordered. In such embodiments, the direction of the DC field in the radial direction would have to be reversed with respect to that described.

11 zeigt eine andere Ausführung der vorliegenden Erfindung, welche eine Nur-Gleichspannungstrennung von Ionen vorsieht. In dieser Ausführung sind die Elektroden für ein bogenförmiges Feld 3335 durch eine spiralige Potentialsenke ersetzt, die von inneren und äußeren spiraligen Elektroden erzeugt wird, wie nachfolgend beschrieben. In diesem Fall enthalten beide Innen- und Außenzylinder 30 und 40 die Doppelhelixanordnung der Widerstandsstreifen 62, 70 auf dielektrischen Zylindern, wobei Gleichspannungspotentialverteilungen entlang den Spiralen gebildet werden, wenn an die Streifen geeignete Spannungen angelegt werden. Der Außenzylinder 30 umfasst in diesem Fall ein dielektrisches Material, auf dessen Innenoberfläche die Streifen 62', 70' angeordnet sind, zum Innenzylinder 40 hinweisend. Auf der Außenoberfläche des Innenzylinders 40 sind in diesem Fall die Streifen 62, 70 ausgebildet, zum Außenzylinder weisend. Der Innenzylinder 30 ist hohl, wie gezeigt, obwohl dies nicht der Fall zu sein braucht, wie nachfolgend erläutert. Wie in den obigen Ausführungen wird an einen der Spiralstreifen 62, 70 (62', 70') in jedem Zylinder eine Spannung angelegt, die relativ zum anderen Streifen erhöht ist, so dass sich Ionen nur entlang dem gebildeten Potentialtal bewegen können. Um eine HF-Falle vorzusehen, wird eine HF-Spannung an die inneren Widerstandsstreifen 62, 70 von einer Metall-HF-Elektrode 200 über verteilte Kapazitäten von einigen Hundert pF gekoppelt, die in dem kleinen Spalt (wenige mm) zwischen der HF Elektrode und dem Widerstandsstreifen 62, 70 gebildet ist. Die HF-Elektrode 200 könnte in das Dielektrikum des Innenzylinders 40 eingebettet oder davon vakuumisoliert sein (wie gezeigt), und daran wird eine HF-Spannung mit einer Amplitude von 200 bis 2000 V und einer Frequenz von 3 bis 6 MHz angelegt. Eine Radialfalle könnte erzeugt werden entweder durch Anlegen einer Vorspannung an die äußeren Streifen 62', 70' relativ zu den entsprechenden inneren Streifen 62, 70, (so dass das massenabhängige effektive Potential von 5 gebildet wird), oder auch durch Koppeln von ähnlicher HF an die Außenelektroden 62', 70'. Der Spalt zwischen den Streifen 62 und 70, insbesondere am Innenzylinder, sollte minimiert werden, um das Eindringen der Gleichspannung von der HF-Elektrode in den Ionenmobilitätsseparation-(IMS)-Bereich (Driftraum) zu reduzieren. Als Konstruktionsbeispiel könnte ein dünnes Rohr aus Bleisilikatglas Wasserstoff-reduziert werden, um einen dünnen leitfähigen Film auf der Außenseite zu bekommen, und dann könnte Laserablation dazu verwendet werden, um durch diese Schicht eine spiralige Nut zu schneiden, um hierdurch eine Doppelhelix mit sehr hohem oder unendlichem Widerstandswert zwischen den Wicklungen zu bilden. Alternativ könnte eine Metall-HF-Elektrode mit isolierendem Kunststoff beschichtet werden (z. B. PTFE oder Polykarbonat), und dann wird eine Abschirmung aus leitfähigem Kunststoff darauf aufgepresst und dann durchgeschnitten (aber nur teilweise durch den Isolationskunststoff) durch Laser zur Bildung von spiraligen Streifen. Die äußeren Streifen 62', 70' könnten eine größere Trennung haben, da dort keine HF-Abschirmung erforderlich ist, und stattdessen würde dies erlauben, dass das Gleichspannungsfeld an der äußeren Widerstandsbeschichtung 240 in das IMS Volumen eindringt, zu dem nachfolgend beschriebenen Zwecken. 11 Figure 4 shows another embodiment of the present invention providing DC-only isolation of ions. In this embodiment, the electrodes are for a curved field 33 - 35 is replaced by a spiral potential well generated by inner and outer spiral electrodes, as described below. In this case both inner and outer cylinders are included 30 and 40 the double helix arrangement of the resistor strips 62 . 70 on dielectric cylinders, where DC potential distributions are formed along the coils when appropriate voltages are applied to the strips. The outer cylinder 30 in this case comprises a dielectric material on the inner surface of the strips 62 ' . 70 ' are arranged to the inner cylinder 40 indicative. On the outer surface of the inner cylinder 40 in this case are the stripes 62 . 70 trained pointing to the outer cylinder. The inner cylinder 30 is hollow, as shown, although this need not be the case, as explained below. As in the above remarks, one of the spiral strips 62 . 70 ( 62 ' . 70 ' ) in each cylinder a voltage is applied, which is increased relative to the other strip, so that ions can only move along the formed potential valley. To provide an RF trap, an RF voltage is applied to the inner resistive strips 62 . 70 from a metal RF electrode 200 coupled across distributed capacitances of a few hundred pF in the small gap (a few mm) between the RF electrode and the resistive strip 62 . 70 is formed. The RF electrode 200 could be in the dielectric of the inner cylinder 40 embedded or vacuum-insulated therefrom (as shown), and an RF voltage having an amplitude of 200 to 2000 V and a frequency of 3 to 6 MHz is applied thereto. A radial trap could be created either by applying a bias to the outer strips 62 ' . 70 ' relative to the corresponding inner stripes 62 . 70 , (so that the mass-dependent effective potential of 5 is formed), or by coupling similar HF to the external electrodes 62 ' . 70 ' , The gap between the strips 62 and 70 , especially on the inner cylinder, should be minimized to reduce the ingress of DC voltage from the RF electrode into the ion mobility separation (IMS) region (drift space). As an example of construction, a thin sheet of lead silicate glass could be hydrogen-reduced to give a thin conductive film on the outside, and then laser ablation could be used to cut a spiral groove through this layer, thereby forming a very high or high density double helix To form infinite resistance between the windings. Alternatively, a metal RF electrode could be coated with insulating plastic (eg, PTFE or polycarbonate), and then a conductive plastic shield is pressed thereon and then cut (but only partially by the insulating plastic) by laser to form spiral strips. The outer stripes 62 ' . 70 ' could have a greater separation since no RF shielding is required there, and instead would allow the DC field to be attached to the outer resistive coating 240 into the IMS volume for the purposes described below.

Wenn die radiale Spannungsdifferenz entlang der Gesamtlänge der Vorrichtung konstant gehalten werden sollte, bedeutet dies, dass das Bogenfeld umgekehrt proportional zum Radius wäre. Daher sollte die relative Variation des Felds über die Größe des Ionenstrahls minimiert werden, entweder durch Reduzieren der Strahlgröße zur besseren Fokussierung oder Verringerung der Variation zur Verwendung eines größeren Radius (der letztere reduziert das Quasipotential des HF-Felds). Für die oben angegebenen Driftrohrdimensionen (50 mm Außendurchmesser des Innenzylinders und 60 mm Innendurchmesser des Außenzylinders) sind IMS-Auflösungsleistungen oberhalb von 100 bis 200 praktikabel. Um einen elektrischen Zusammenbruch aufgrund einer wesentlichen Spannungsdifferrenz zwischen den Enden des gasgefüllten IMS Rohrs zu vermeiden, die Hunderte oder, wenn höhere Auflösungsleistungen gewünscht sind, sogar Tausende von Volt erreichen könnten, sollte das IMS immer unterhalb der Zusammenbruchschwelle betrieben werden, bestimmt durch die Paschen-Kurve, bevorzugt oberhalb 10–2 mbar·m. Glücklicherweise treffen Spannungsextreme auf die entgegengesetzten Enden des IMS Rohrs, so dass die charakteristische Größe von L verwendet werden könnte (in unserem Fall 200 mm). Dann sollte bei 2 mbar Druck die maximale Spannung unterhalb 2000 V für Stickstoff und 600 V für Helium bleiben, was für hohe Auflösungsleistungen gemäß Gleichung 2 bereits praktikabel ist. Es ist auch wichtig, zu beobachten, dass die HF Spannungen über dem Spalt auch unterhalb der Paschen-Kurve bleiben, bevorzugt unter wenigen Hundert Volt.If the radial stress differential along the overall length of the device were to be kept constant, this means that the arc field would be inversely proportional to the radius. Therefore, the relative variation of the field over the size of the ion beam should be minimized, either by reducing the beam size for better focusing or reducing the variation to use a larger radius (the latter reduces the quasi-potential of the RF field). For the drift tube dimensions given above (50 mm outer diameter of the inner cylinder and 60 mm inner diameter of the outer cylinder), IMS resolution powers above 100 to 200 are practicable. In order to avoid electrical breakdown due to significant voltage differential between the ends of the gas-filled IMS tube, which could reach as high as hundreds of volts or, if higher resolving power is desired, even thousands of volts, the IMS should always be operated below the breakdown threshold as determined by the Paschen Curve, preferably above 10 -2 mbar · m. Fortunately, stress extremes strike the opposite ends of the IMS pipe so that the characteristic size of L could be used (in our case 200 mm). Then, at 2 mbar pressure, the maximum voltage should remain below 2000 V for nitrogen and 600 V for helium, which is already practical for high resolution powers according to Equation 2. It is also important to observe that the RF voltages across the gap also remain below the Paschen curve, preferably below a few hundred volts.

Im Betrieb werden Ionen von dem Injektionsmultipol 10 in der Nur-HF-Speichervorrichtung 230 gefangen, dann wird der Spannungsoffset in dieser Speichervorrichtung über die erhöhte Spannung an der Vorderseite des IMS Rohrs angehoben, und hierdurch werden die Ionen in das IMS Rohr injiziert, indem die Spannung an der Einlassöffnung 260 reduziert wird. Diese „Energieanhebung” erlaubt, dass sowohl die Ionenquelle als auch anschließende Massenanalysatoren auf geringeren Spannungsoffsets relativ zu Masse gehalten werden.In operation, ions from the injection multipole become 10 in the RF only memory device 230 then the voltage offset in this memory device is raised above the increased voltage at the front of the IMS tube, and thereby the ions are injected into the IMS tube by adjusting the voltage at the inlet port 260 is reduced. This "energy boost" allows both the ion source and subsequent mass analyzers to be held at lower voltage offsets relative to ground.

Im hochauflösenden Modus werden Spannungen zwischen den Streifen 62 und 70 an dem Innenzylinder 40 und zwischen ihren Gegenstücken 62' und 70' am Außenzylinder gemäß 3 derart gehalten, dass axiale elektrische Felder Ionen von benachbarten Wicklungen des Streifens 70 zum Streifen 62 drücken. Die Ionen finden sich in einer spiraligen Potentialsenke, die sie dazu bringt, den elektrischen Feldlinien entlang dem spiraligen Weg zwischen den Innen- und Außenzylindern zu folgen. Effektive Weglängen von bis zu mehreren Metern über einen Spannungsabfall von wenigen kV sind in diesem Modus erzielbar.In high-resolution mode, tensions between the strips 62 and 70 on the inner cylinder 40 and between their counterparts 62 ' and 70 ' on the outer cylinder according to 3 held such that axial electric fields ions from adjacent windings of the strip 70 to the strip 62 to press. The ions find themselves in a spiral potential well, causing them to follow the electric field lines along the spiral path between the inner and outer cylinders. Effective path lengths of up to several meters over a voltage drop of a few kV can be achieved in this mode.

Im niedrigauflösenden Modus wird der Spannungsoffset des Streifens 70 verringert, so dass keine Barriere vorhanden ist, sondern stattdessen eine lineare axiale Spannungsverteilung zwischen ihm und dem Streifen 62 gebildet wird, um hierdurch die Ionen geradeaus entlang dem Driftrohr des IMS zu zwingen. Ein zusätzliches axiales Feld wird erzeugt, indem entlang der Außenbeschichtung 240 eine Spannung angelegt wird. Das bogenförmige elektrische Feld zwingt noch immer die Ionen dazu, um die Achse des Innenzylinders herum zu rotieren, aber hierbei ist die Stufe der Spirale wesentlich länger und die Laufzeit kürzer. Durch geeignete Gestaltung der Außenbeschichtung 240 und Zuführen von ausreichend hohen Spannungen könnte das Bogenfeld innerhalb des IMS auf Null reduziert werden, so dass die Ionen im Wesentlichen geradeaus vom Eingang zum Ausgang wandern.In low resolution mode, the voltage offset of the strip becomes 70 reduced, so that there is no barrier, but instead a linear axial stress distribution between it and the strip 62 is formed, thereby forcing the ions straight along the drift tube of the IMS. An additional axial field is created by passing along the outer coating 240 a voltage is applied. The arcuate electric field still forces the ions to rotate about the axis of the inner cylinder, but in this case the spiral stage is much longer and the run time is shorter. By suitable design of the outer coating 240 and supplying sufficiently high voltages, the arc field within the IMS could be reduced to zero so that the ions travel substantially straight from the input to the output.

Im Durchlassmodus ist der Betrieb ähnlich der niedrigen Auflösung, aber hierbei wird der HF-Speicher 230 mit der höchstmöglichen Frequenz zwischen dem Füllen und Freisetzen von Ionenpaketen im Zyklus betrieben (z. B. 200–500 Mal pro Sekunde), so dass hohe Ionenströme bis zu 109–1010 Ionen pro Sekunde übertragen werden können. Dies erfordert, dass der Druck im HF-Speicher 10–2 mbar überschreitet. Alternativ könnte die Gleichspannung entlang den Streifen 62, 70 auf wenige zehn Volt verringert werden, und daher ist eine solche „Energieanhebung” im Ionenspeicher nicht notwendig, d. h. Ionenfluss könnte kontinuierlich hindurchlaufen.In pass-through mode, the operation is similar to the low resolution, but here becomes the RF memory 230 operated at the highest possible frequency between filling and releasing ion packets in cycles (e.g., 200-500 times per second) so that high ion currents can be transmitted up to 10 9 -10 10 ions per second. This requires that the pressure in the RF memory exceeds 10 -2 mbar. Alternatively, the DC voltage could be along the strips 62 . 70 be reduced to a few tens of volts, and therefore, such an "energy boost" in the ion storage is not necessary, ie ion flow could pass continuously.

Es versteht sich, dass das Ionenmobilitätsspektrometer der vorliegenden Erfindung auch für sogenannte feldasymmetrische IMS (FAIMS) verwendet werden könnte. Dementsprechend kann das Ionenmobilitätsspektrometer der vorliegenden Erfindung ein feldasymmetrisches Ionenmobilitätsspektrometer aufweisen. Zu diesem Zweck reicht es aus, das elektrische Feld/Druck-Verhältnis E/P signifikant über 200 V/(m·mbar) anzuheben, bevorzugt über 1000 V/(m·mbar). Alternativ könnte HF an den Drähten asymmtrisch gemacht werden, was dann in einer zusätzlichen Nettoverlagerung von Ionen in dem Feld resultiert. Dies wiederum bewegt Ionen von ihrer optimalen Position zu einem anderen Radius, wo sie eine andere Driftgeschwindigkeit halten, außer Phase mit dem rotierenden bogenförmigen elektrischen Feld gelangen und an den Innen- oder Außenelektroden verlorengehen. It is understood that the ion mobility spectrometer of the present invention could also be used for so-called field asymmetric IMS (FAIMS). Accordingly, the ion mobility spectrometer of the present invention may include a field asymmetric ion mobility spectrometer. For this purpose, it is sufficient to increase the electric field / pressure ratio E / P significantly above 200 V / (m · mbar), preferably above 1000 V / (m · mbar). Alternatively, RF could be made asymmetric on the wires, resulting in additional net displacement of ions in the field. This, in turn, moves ions from their optimal position to another radius, where they maintain a different rate of drift, get out of phase with the rotating arc-shaped electric field, and get lost at the inner or outer electrodes.

Die datenabhängige Erfassung könnte dann mittels der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um zwischen unterschiedlichen Betriebsmodi auszuwählen (d. h. den oben aufgezeigten und anderen), in Abhängigkeit von Ergebnissen, die in Echtzeit von einem massenspektrometrischen Detektor kommen. Zum Beispiel könnte ein breites Massenbereich-Überblickspektrum dazu verwendet werden, interessierende m/z zur IMS-Analyse und Fragmentierung auszuwählen, so dass man MS/MS-Spektren von gewählten Isomeren erfassen könnte.The data dependent detection could then be used by the present invention to select between different modes of operation (i.e., the ones indicated above and others) depending on results coming from a mass spectrometric detector in real time. For example, a broad mass range overview spectrum could be used to select m / z of interest for IMS analysis and fragmentation so that MS / MS spectra of selected isomers could be captured.

Vorteile der Erfindung beinhalten die Fähigkeit zum Schalten zwischen unterschiedlichen Betriebsmodi, z. B. vom schnellen Durchlassmodus (Ionenleitung) oder niedrigen Durchlass-IMS-Modus zu verschiedenen hochauflösenden IMS-Modi, wie etwa einem hochauflösenden Doppelscan-IMS-MS-Modus. Die Erfindung ermöglicht eine hochauflösende Ionenmobilitätsfilterung im rotierenden Feld. Die Erfindung ermöglicht einen spiraligen Weg, um hierdurch Platz für eine hochauflösende Ionenmobilitätstrennvorrichtung zu sparen, aber innerhalb eines geraden Driftrohrs, was für eine einfache Konstruktion sorgt.Advantages of the invention include the ability to switch between different modes of operation, e.g. From fast-pass (ion) or low-pass IMS to various high-resolution IMS modes, such as a high-resolution dual-scan IMS-MS mode. The invention enables high resolution ion mobility filtering in the rotating field. The invention allows for a spiral path, thereby saving space for a high resolution ion mobility separator, but within a straight drift tube, which provides for a simple construction.

Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung auch in einem Multiplexmodus betrieben werden könnte, wenn mehr als ein Ionenpaket während der Mobilitätstrennung injiziert wird. Hadamard und pseudozufällige Kodierung könnte mit geeigneter Entfaltung der resultierenden Daten verwendet werden.It should be understood that the present invention could also operate in a multiplexed mode when more than one ion packet is injected during mobility separation. Hadamard and pseudorandom coding could be used with appropriate unfolding of the resulting data.

Der hierin verwendete Begriff gerade bedeutet allgemein oder im Wesentlichen gerade, nicht notwendigerweise strikt, geometrisch oder mathematisch gerade, und der hierin verwendete Begriff spiralig bedeutet allgemein oder im Wesentlichen spiralig, nicht notwendigerweise strikt, geometrisch oder mathematisch spiralig. Es versteht sich, dass es z. B. nicht wesentlich ist, dass Elemente der vorliegenden Erfindung strikt, geometrisch oder mathematisch gerade oder strikt, geometrisch oder mathematisch spiralig sind, so wie es der Fall sein könnte, damit die Erfindung funktioniert.As used herein, the term straight means generally or substantially straight, not necessarily strictly, geometrically or mathematically straight, and the term spiral used herein means generally or substantially spirally, not necessarily strictly, geometrically or mathematically spirally. It is understood that it is z. For example, it is not essential that elements of the present invention be strictly, geometrically or mathematically straight or strict, geometrically or mathematically spirally, as might be the case for the invention to work.

Im hiesigen Gebrauch, einschließlich in den Ansprüchen, so lange nicht der Kontext anders angibt, sind Singularformen der Begriffe hierin so zu verstehen, dass sie auch die Pluralform enthalten, und umgekehrt. Zum Beispiel, so lange der Kontext nicht anderes angibt, bedeutet eine Singularreferenz hierin einschließlich in den Ansprüchen wie etwa „ein” oder „eine” „ein” oder „mehr”.As used herein, including in the claims, unless the context indicates otherwise, singular forms of the terms herein should be understood to include the plural form, and vice versa. For example, unless the context indicates otherwise, a singular reference herein, including in the claims such as "a" or "an", means "a" or "more."

In der gesamten Beschreibung und den Ansprüchen dieser Spezifikation bedeuten die Worte „umfassen”, „einschließlich”, „aufweisen” und „enthalten” und Varianten der Wörter, zum Beispiel „umfassend” und „umfasst” etc. „einschließlich aber nicht beschränkt auf”, und sollen andere Komponenten nicht ausschließen (und tun dies nicht).Throughout the specification and claims of this specification, the words "comprise", "including", "having" and "containing" and variants of the words, for example, "comprising" and "comprising", etc. include "including, but not limited to". , and should not exclude other components (and do not).

Es versteht sich, dass Varianten der vorstehenden Ausführung der Erfindung vorgenommen werden können, während sie immer noch in den Umfang der Erfindung fallen. Jedes in dieser Beschreibung offenbarte Merkmal, so lange nicht anderweitig angegeben, könnte durch alternative Merkmale ersetzt werden, die zu den gleichen Äquivalenten oder ähnlichen Zwecken dienen. Somit ist, solange nicht anderweitig angegeben, jedes offenbarte Merkmal ein Beispiel einer generischen Serie von Äquivalenten oder ähnlichen Merkmalen.It should be understood that variations of the foregoing embodiment of the invention may be made while still falling within the scope of the invention. Any feature disclosed in this specification, unless otherwise specified, could be replaced by alternative features serving the same or equivalent purposes. Thus, unless otherwise stated, each feature disclosed is an example of a generic series of equivalents or similar features.

Die Verwendung von jedem und allen Beispielen, oder beispielhafte Sprache („zum Beispiel”, „wie etwa”, und ähnliche Ausdrücke), die hierin vorgesehen sind, dienen lediglich zur besseren Veranschaulichung der Erfindung und geben keine Einschränkung für den Umfang der Erfindung an, so lange nicht anderweitig beansprucht. Kein Ausdruck in der Beschreibung sollte so verstanden werden, dass es irgendein nicht beanspruchtes Element angibt, das für die Praxis der Erfindung wesentlich ist.The use of any and all examples, or exemplary language ("for example", "such as", and similar expressions) provided herein are merely to aid in illustrating the invention and not to limit the scope of the invention, as long as not otherwise claimed. No term in the specification should be understood as indicating any unclaimed element that is essential to the practice of the invention.

Jegliche in dieser Beschreibung beschriebenen Schritte können in einer beliebigen Reihenfolge oder gleichzeitig durchgeführt werden, so lange nicht anderweitig angegeben oder dies der Kontext erfordert.Any steps described in this specification may be performed in any order or concurrently unless otherwise specified or required by the context.

Alle Merkmale, die in dieser Beschreibung offenbart sind, können in beliebiger Kombination kombiniert werden, außer Kombinationen, wo zumindest einige dieser Merkmale und/oder Schritte gegenseitig ausschließlich sind. Insbesondere sind die bevorzugten Merkmale der Erfindung auf alle Aspekte der Erfindung anwendbar und können in beliebiger Kombination verwendet werden. Ähnlich können in nicht wesentlichen Kombinationen beschriebene Merkmale separat verwendet werden (nicht in Kombination).All features disclosed in this specification may be combined in any combination except combinations where at least some of these features and / or steps are mutually exclusive. In particular, the preferred features of the invention are applicable to all aspects of the invention and may be used in any combination. Similarly, features described in non-essential combinations may be used separately (not in combination).

Es wird ein Ionenmobilitätsspektrometer zum Trennen von Ionen gemäß ihrer Ionenmobilität angegeben, das in verschiedenen Aspekten umfasst: ein Driftrohr, das darin einen Driftraum aufweist, und in dem Driftraum zumindest zwei Ionentrennwege mit unterschiedlichen Längen; ein gerades Driftrohr, das darin einen spiraligen Ionentrennweg aufweist; einen spiraligen Ionentrennweg, der eine sich axial erstreckende innere Elektrodenbaugruppe umgibt; sowie ein Driftrohr zum Trennen von Ionen gemäß ihrer Ionenmobilität, worin ein rotierendes bogenförmiges elektrisches Feld im Betrieb angelegt wird, um Ionen mit einer Ionenmobilität zu trennen, so dass ihre Rotationsgeschwindigkeit in dem Driftrohr an die Rotationsgeschwindigkeit des rotierenden bogenförmigen Felds angepasst ist. Auch werden verschieden Verfahren zum Trennen von Ionen gemäß ihrer Ionenmobilität angegeben.There is provided an ion mobility spectrometer for separating ions according to their ion mobility, comprising in various aspects: a drift tube having a drift space therein and at least two ion separation paths of different lengths in the drift space; a straight drift tube having therein a spiral ion separation path; a spiral ion separation path surrounding an axially extending internal electrode assembly; and a drift tube for separating ions according to their ion mobility, wherein a rotating arcuate electric field is applied in operation to separate ions having an ion mobility such that their rotational speed in the drift tube is matched to the rotational speed of the rotating arcuate field. Also, various methods are disclosed for separating ions according to their ion mobility.

Claims (18)

Ionenmobilitätsspektrometer zum Trennen von Ionen gemäß ihrer Ionenmobilität, umfassend ein gerades Driftrohr (4), welches darin einen Driftraum (22) und zumindest eine spiralige Leitelektrode (70) aufweist, wobei der Driftraum (22) zumindest zwei Ionentrennwege unterschiedlicher Längen aufweist, wobei die zumindest zwei Ionentrennwege einen ersten Ionentrennweg, der gerade ist, und einen zweiten Ionentrennweg, der spiralig ist, umfassen, und wobei an die zumindest eine spiralige Leitelektrode (70) eine schaltbare Spannung zum Ein- oder Ausschalten einer Leitpotentialbarriere anlegbar ist, so dass die Ionen bei ausgeschalteter Leitpotentialbarriere dem geraden Ionentrennweg und bei eingeschalteter Leitpotentialbarriere dem spiraligen Ionentrennweg folgen.Ion mobility spectrometer for separating ions according to their ion mobility, comprising a straight drift tube ( 4 ), which contains a drift space ( 22 ) and at least one spiral guide electrode ( 70 ), wherein the drift space ( 22 ) comprises at least two ion separation paths of different lengths, the at least two ion separation paths comprising a first ion separation path which is straight and a second ion separation path which is spiral, and to which the at least one spiral guidance electrode 70 ), a switchable voltage for turning on or off a Leitpotentialbarriere can be applied, so that the ions follow the spiral ion separation path with the Leitpotentialbarriere switched off the straight Ionentrennweg and switched on Leitpotentialbarriere. Ionenmobilitätsspektrometer nach Anspruch 1, wobei das Driftrohr (4) eine sich axial erstreckende äußere Elektrodenbaugruppe (30) und eine sich axial erstreckende innere Elektrodenbaugruppe (40) aufweist, wobei die äußere Elektrodenbaugruppe (30) die innere Elektrodenbugruppe (40) ringförmig umgibt und wobei der Driftraum (22) ein ringförmiger Driftraum (22) ist, der zwischen der äußeren Elektrodenbaugruppe (30) und der inneren Elektrodenbaugruppe (40) definiert ist.Ion mobility spectrometer according to claim 1, wherein the drift tube ( 4 ) an axially extending outer electrode assembly ( 30 ) and an axially extending inner electrode assembly ( 40 ), wherein the outer electrode assembly ( 30 ) the inner electrode assembly ( 40 ) surrounds annularly and wherein the drift space ( 22 ) an annular drift space ( 22 ) located between the outer electrode assembly ( 30 ) and the inner electrode assembly ( 40 ) is defined. Ionenmobilitätsspektrometer nach Anspruch 1, wobei das Driftrohr (4) sich axial erstreckende HF-Elektroden (50) umfasst, welche mit Abstand voneinander ringförmig um die Achse des Driftrohrs (4) herum angeordnet sind, um Ionen in dem Driftrohr (4) radial einzugrenzen, wenn ein HF-Feld in dem Driftrohr (4) mittels der HF-Elektroden (50) angelegt wird.Ion mobility spectrometer according to claim 1, wherein the drift tube ( 4 ) axially extending RF electrodes ( 50 ), which are spaced apart annularly about the axis of the drift tube (FIG. 4 ) are arranged around, to ions in the drift tube ( 4 ) radially when an RF field in the drift tube ( 4 ) by means of the HF electrodes ( 50 ) is created. Ionenmobilitätsspektrometer nach Anspruch 3, wobei die HF-Elektroden (50) mit Abstand voneinander ringförmig um eine innere Elektrodenbaugruppe (40) herum angeordnet sind, so dass die Ionentrennwege radial auswärts der HF-Elektroden (50) angeordnet sind und wobei das Driftrohr (4) ein radiales Gleichspannungsfeld zum weiteren radialen Eingrenzen der Ionen aufweist.An ion mobility spectrometer according to claim 3, wherein the RF electrodes ( 50 ) are spaced apart annularly about an inner electrode assembly ( 40 ) are arranged around, so that the ion separation paths radially outward of the RF electrodes ( 50 ) and wherein the drift tube ( 4 ) has a radial DC field for further radially confining the ions. Ionenmobilitätsspektrometer nach Anspruch 2, wobei das Driftrohr (4) eine oder mehrere HF-Elektroden (50) umfasst, welche mit der inneren Elektrodenbaugruppe (40) oder/und der äußeren Elektrodenbaugruppe (30) gekoppelt sind, um ein HF-Feld in dem Driftrohr (4) in Kombination mit einem radialen Gleichspannungsfeld zum radialen Eingrenzen von Ionen in dem Driftrohr (4) anzulegen.Ion mobility spectrometer according to claim 2, wherein the drift tube ( 4 ) one or more RF electrodes ( 50 ) associated with the inner electrode assembly ( 40 ) and / or the outer electrode assembly ( 30 ) are coupled to an RF field in the drift tube (FIG. 4 ) in combination with a radial DC field for radially confining ions in the drift tube (US Pat. 4 ). Ionenmobilitätsspektrometer nach Anspruch 1, umfassend eine axiale Antriebselektrode (62) zum Anlegen eines axialen elektrischen Felds in dem Driftraum (22), um die Ionen in dem Driftrohr (4) axial anzutreiben.An ion mobility spectrometer according to claim 1, comprising an axial drive electrode ( 62 ) for applying an axial electric field in the drift space ( 22 ) to remove the ions in the drift tube ( 4 ) to drive axially. Ionenmobilitätsspektrometer nach Anspruch 1, wobei die zumindest eine spiralige Leitelektrode (70) Teil einer inneren Elektrodenbaugruppe (40) oder/und einer äußeren Elektrodenbaugruppe (30) ist.An ion mobility spectrometer according to claim 1, wherein said at least one spiral conducting electrode ( 70 ) Part of an internal electrode assembly ( 40 ) and / or an outer electrode assembly ( 30 ). Ionenmobilitätsspektrometer nach Anspruch 1, ferner umfassend zumindest eine spiralige axiale Antriebselektrode (62), wobei die zumindest eine spiralige Leitelektrode (70) und die zumindest eine spiralige axiale Antriebselektrode (62) zur Bildung einer Doppelhelix angeordnet sind.An ion mobility spectrometer according to claim 1, further comprising at least one helical axial drive electrode ( 62 ), wherein the at least one spiral guide electrode ( 70 ) and the at least one spiral axial drive electrode ( 62 ) are arranged to form a double helix. Ionenmobilitätsspektrometer nach Anspruch 1, ferner umfassend Elektroden für ein bogenförmiges Feld (33, 34, 35), welche sich axial entlang des Driftrohrs (4) erstrecken, wobei die Elektroden für ein bogenförmiges Feld (33, 34, 35) um die Achse des Driftrohrs (4) herum angeordnet sind und jede Elektrode für ein bogenförmiges Feld (33, 34, 35) eine unabhängig an sie angelegte schaltbare Spannung aufweist, um dadurch ein rotierendes bogenförmiges elektrische Feld zu erzeugen, indem die unabhängigen schaltbaren Spannungen fortschreitend in der Form einer transienten Wellenform an die Elektroden für ein bogenförmiges Feld (33, 34, 35) angelegt werden, wobei die Rotationsgeschwindigkeit des rotierenden bogenförmigen Felds mit der Rotationsgeschwindigkeit der Ionen von gewählter Ionenmobilität synchronisiert ist.An ion mobility spectrometer according to claim 1, further comprising electrodes for an arcuate one Field ( 33 . 34 . 35 ), which extend axially along the drift tube ( 4 ), wherein the electrodes for an arcuate field ( 33 . 34 . 35 ) about the axis of the drift tube ( 4 ) and each electrode for an arcuate field ( 33 . 34 . 35 ) has a switchable voltage independently applied thereto to thereby generate a rotating arcuate electric field by progressively switching the independent switchable voltages in the form of a transient waveform to the electrodes for an arcuate field ( 33 . 34 . 35 ), wherein the rotational speed of the rotating arcuate field is synchronized with the rotational velocity of ions of selected ion mobility. Ionenmobilitätsspektrometer nach Anspruch 9, wobei das von den Elektroden für ein bogenförmiges Feld (33, 34, 35) erzeugte rotierende bogenförmige elektrische Feld einen Sektor von weniger als 360° überspannt, und das elektrische Feld in dem verbleibenden Sektor ein defokussierendes Feld ist, so dass Ionen in dem verbleibenden Sektor an einer Wand des Driftrohrs (4) verlorengehen.An ion mobility spectrometer according to claim 9, wherein said of said arcuate field electrodes ( 33 . 34 . 35 ), a sector of less than 360 ° spans, and the electric field in the remaining sector is a defocusing field, so that ions in the remaining sector on a wall of the drift tube ( 4 ) get lost. Ionenmobilitätsspektrometer nach Anspruch 1, umfassend einen gepulsten Ioneninjektor zum Freisetzen von Ionen in das Driftrohr (4).An ion mobility spectrometer according to claim 1, comprising a pulsed ion injector for releasing ions into the drift tube ( 4 ). Ionenmobilitätsspektrometer nach Anspruch 1, umfassend eine Einlasselektrode zum Extrahieren der getrennten Ionen aus dem Driftrohr (4).An ion mobility spectrometer according to claim 1, comprising an inlet electrode for extracting the separated ions from the drift tube (16). 4 ). Ionenmobilitätsspektrometer nach Anspruch 1, das mit einem stromab des Ionenmobilitätsspektrometers (2) angeordneten Massenfilter gekoppelt ist, welcher gleichzeitig mit einem Ionenmobilitätsscan durch das Ionenmobilitätsspektrometer (2) gescannt wird, so dass nur Ionen eines vorbestimmten Mobilität/Masse-Verhältnisses oder solche, die auf einer vorbestimmten Kurve auf einem Mobilität/Masse-Diagramm liegen, für eine nachfolgende Bearbeitung öder Detektion ausgewählt werden.An ion mobility spectrometer according to claim 1, which is equipped with a downstream of the ion mobility spectrometer ( 2 ) coupled to an ion mobility scan by the ion mobility spectrometer ( 2 ) is scanned so that only ions of a predetermined mobility / mass ratio or those lying on a predetermined curve on a mobility / mass diagram are selected for subsequent processing or detection. Ionenmobilitätsspektrometer nach Anspruch 13, umfassend eine Ionenfalle zum Akkumulieren der ausgewählten Ionen vor der Massenanalyse der akkumulierten Ionen.The ion mobility spectrometer of claim 13, comprising an ion trap for accumulating the selected ions prior to mass analysis of the accumulated ions. Ionenmobilitätsspektrometer nach Anspruch 1, wobei der spiralige Ionentrennweg eine sich axial erstreckende innere Elektrodenbaugruppe (40) umgibt.The ion mobility spectrometer of claim 1, wherein said spiral ion separation path is an axially extending internal electrode assembly ( 40 ) surrounds. Ionenmobilitätsspektrometer nach Anspruch 1, wobei das Driftrohr (4) eine Austrittsöffnung (80) aufweist und Ionen das Driftrohr (4) durch die Austrittsöffnung (80) verlassen, nachdem sie entweder dem geraden Ionentrennweg oder dem spiraligen Ionentrennweg gefolgt sind.Ion mobility spectrometer according to claim 1, wherein the drift tube ( 4 ) an outlet opening ( 80 ) and ions the drift tube ( 4 ) through the outlet opening ( 80 ) after following either the straight ionic separation path or the spiral ionic separation pathway. Verfahren zum Trennen von Ionen gemäß ihrer Ionenmobilität, umfassend: Bereitstellen eines geraden Driftrohrs (4), das darin einen Driftraum (22) und in dem Driftraum (22) zumindest zwei Ionentrennwege mit unterschiedlichen Längen aufweist, wobei einer der Ionentrennwege gerade und ein anderer spiralig ist; Bereitstellen zumindest einer spiraligen Leitelektrode (70) in dem Driftrohr (4), an welche eine schaltbare Spannung zum Ein- oder Ausschalten einer Leitpotentialbarriere anlegbar ist, so dass die Ionen bei ausgeschalteter Leitpotentialbarriere dem geraden Ionentrennweg und bei eingeschalteter Leitpotentialbarriere dem spiraligen Ionentrennweg folgen; Auswählen von einem der Ionentrennwege, dem die Ionen folgen sollen; und Bewirken, dass die Ionen dem gewählten Ionentrennweg folgen, und Trennen der Ionen entlang dem gewählten Ionentrennweg gemäß ihrer Ionenmobilität.A method of separating ions according to their ion mobility, comprising: providing a straight drift tube ( 4 ), which contains a drift space ( 22 ) and in the drift space ( 22 ) has at least two ion separation paths of different lengths, one of the ion separation paths being straight and another spiraling; Providing at least one spiral guide electrode ( 70 ) in the drift tube ( 4 ), to which a switchable voltage for switching on or off a Leitpotentialbarriere can be applied, so that the ions follow the straight Ionentrennweg with switched Leitpotentialbarriere and with switched Leitpotentialbarriere the spiral Ionentrennweg; Selecting one of the ionic separation paths to which ions are to follow; and causing the ions to follow the selected ion separation path and separating the ions along the selected ion separation path according to their ion mobility. Verfahren zum Trennen von Ionen nach Anspruch 17, wobei der spiralige Ionentrennweg innerhalb des eine sich axial erstreckende innere Elektrodenbaugruppe umgebenden Driftrohrs (4) bereitgestellt wird.The method of separating ions of claim 17, wherein said spiral ion separation path is within said drift tube (13) surrounding an axially extending inner electrode assembly. 4 ) provided.
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